c++ - 我正在尝试面向数据的设计——我可以用 std::vector 来做吗？

Question

好的，下面是比较面向对象编程 (OOP) 解决方案与更新一堆球的面向数据设计 (DOD) 解决方案的示例代码。

const size_t ArraySize = 1000;

class Ball
{
public:
    float x,y,z;
    Ball():
        x(0),
        y(0),
        z(0)
    {
    }

    void Update()
    {
        x += 5;
        y += 5;
        z += 5;
    }
};

std::vector<Ball> g_balls(ArraySize);

class Balls
{
public:
    std::vector<float> x;
    std::vector<float> y;
    std::vector<float> z;

    Balls():
        x(ArraySize,0),
        y(ArraySize,0),
        z(ArraySize,0)
    {
    }

    void Update()
    {
        const size_t num = x.size();
        if(num == 0)
        {
            return;
        }

        const float* lastX = &x[num - 1];

        float* pX = &x[0];
        float* pY = &y[0];
        float* pZ = &z[0];
        for( ; pX <= lastX; ++pX, ++pY, ++pZ)
        {
            *pX += 5;
            *pY += 5;
            *pZ += 5;
        }
    }
};

int main()
{
    Balls balls;

    Timer time1;
    time1.Start();
    balls.Update();
    time1.Stop();

    Timer time2;
    time2.Start();
    const size_t arrSize = g_balls.size();
    if(arrSize > 0)
    {
        const Ball* lastBall = &g_balls[arrSize - 1];
        Ball* pBall = &g_balls[0];
        for( ; pBall <= lastBall; ++pBall)
        {
            pBall->Update();
        }
    }
    time2.Stop();


    printf("Data Oriented design time: %f\n",time1.Get_Microseconds());
    printf("OOB oriented design  time: %f\n",time2.Get_Microseconds());

    return 0;
}

现在，它确实可以在 Visual Studio 中编译和运行，但我想知道我是否被允许这样做，应该能够可靠地做到这一点:

const float* lastX = &x[num - 1];//remember, x is a std::vector of floats

float* pX = &x[0];//remember, x is a std::vector of floats
float* pY = &y[0];//remember, y is a std::vector of floats
float* pZ = &z[0];//remember, z is a std::vector of floats
for( ; pX <= lastX; ++pX, ++pY, ++pZ)
{
    *pX += 5;
    *pY += 5;
    *pZ += 5;
}

根据我的理解，std::vector 中的数据应该是连续的，但我不确定，因为它是如何在内部存储的，如果这在另一个平台上会成为问题，如果它违反了标准.此外，这是我能够使 DOD 解决方案超越 OOP 解决方案的唯一方法，任何其他迭代方法都没有那么好。我可以使用迭代器，尽管我很确定它可能只比启用优化的 OOP 更快，也就是在 Release模式下。

那么，这是执行 DOD 的好方法吗(最好的方法？)，这是合法的 c++ 吗？

[编辑]好吧，对于国防部来说，这是一个糟糕的例子； x、y、z 应该打包在 Vector3 中。因此，虽然 DOD 在调试中比 OOP 运行得更快，但在发布中却是另一回事。同样，这不是您希望如何有效使用 DOD 的一个糟糕示例，尽管它确实显示了如果您需要同时访问一堆数据它的缺点。正确使用 DOD 的关键是“根据访问模式设计数据”。

Answer 1

所有代码的问题有点令人费解，所以让我们看看我是否理解您真正需要的东西:

From my understanding the data in a std::vector are supposed to be contiguous

是的。该标准要求 vector 中的数据连续存储，这意味着所有符合该标准的平台/编译器都是这种情况。

this was the only way I was able to get the DOD solution to outdo the OOP solution

我不知道你说的 DOD 是什么意思

I could use iterators, though I'm pretty sure that might only be quicker with optimizations

实际上，这种情况下的迭代器(假设您在 VS 中禁用了调试迭代器)即使不比通过指针直接修改更快也一样快。 vector 中的迭代器可以使用指向元素的普通指针来实现。再次注意，默认情况下 VS 迭代器会做额外的工作来帮助调试。

接下来要考虑的是两种方法的内存布局不同，这意味着如果在稍后阶段您需要访问所有 x、y 和z 来自单个元素，在第一种情况下，它们很可能落在单个缓存行中，而在三个 vector 方法中，它将需要从三个不同的位置提取内存。