5.1 子系统的启动和终止

　　游戏中各个子系统间有相互依赖关系，有确定的启动和终止次序，为游戏引擎中主要子系统定义单例类（singleton class）（通常称为管理器）。我们明确为各个单例管理器类定义启动和终止函数，以此取代建构和析构函数。这种方法还有别的实现方式，例如，用一个全局的优先队列来记录各个管理器。

5.2 内存管理

　　软件的效能同时受算法和内存运用的影响。其中内存的影响有两方面：动态内存分配和内存访问模式。

1 优化动态内存分配

　　C++的全局 new/delete 或 malloc()/ free() 动态分配内存，又称为堆分配速度很慢。低效率主要是由于管理开销和管态目态之间的上下文切换。游戏开发中的一个经验法则：维持最低限度的堆分配，绝不在紧凑的循环中使用堆分配。游戏引擎无法避免使用动态内存分配，所以多数游戏引擎会实现一个或多个定制分配器。定制分配器从预分配的内存中完成分配请求，对其使用模式做多个假设，使它更高效。

　　堆栈分配器（stack allocator）：使用malloc()、全局new或者声明一个全局字节数组，安排一个指针指向堆栈的顶端，指针以下内存是已分配的，以上则是未分配的。对于每个分配请求，只需把指针往上移动请求所需的字节数；释放最后分配的内存块，也只需要把指针向下移动相应字节数。还有一种实现是双端堆栈分配器。

　　池分配器（pool allocator）：用来分配大量同等尺寸的小块内存，例如矩阵、迭代器、链表中的节点、可渲染的网格实例等。池分配器会预先分配一大块内存，大小刚好是分配元素的倍数，池内每个元素会加到一个存放自由元素的链表。池分配器收到分配请求时，把自由链表的下一个元素取出，并传回该元素；释放元素时，只需把元素插回自由链表中，分配和释放操作时间复杂度都是O(1)。

　　含对齐功能的分配器：分配有字节对齐的需求时，只要在分配内存时，分配多一点内存，再向上调整至内存地址对齐，最后传回调整后的的地址。（字节对齐是为了CPU高效的读取操作）。

　　计算偏移量的方法如下：首先用掩码（mask）把原内存块地址的最低有效位取出，再把期望的对齐减去此值，得到的就是调整偏移量。掩码等于对齐字节数减1。例，若请求16字节对齐的内存块，掩码就是15。假如原来分配的内存块地址是0x00001233，将其与0x0000000F进行&运算，得到3，(16-3)=13,13就是偏移量，将原地址加上13得到最终对齐的内存地址0x00001240。

　　释放内存时，为了得到调整前的地址来释放原本分配的内存，我们在额外分配的内存存储一些元信息，在调整后地址前一字节存储偏移量，最后在释放内存时，通过简单计算便可得到调整前分配的地址。

　　单帧和双缓冲内存分配器：用来给游戏循环中的临时数据分配内存。

　　单帧分配器：预留一块内存，以堆栈分配器管理。在每帧开始时，把顶端指针重置到内存块的底端地址。

　　双缓冲分配器：允许在第 i 帧分配的内存块用于第 i+1 帧。实现方法就是建立两个相同尺寸的单帧堆栈分配器，在每帧交替使用。能保留上一次循环的结果。

第五章 游戏支持系统