C++中不同派生类的高效容器

Question

在编写游戏时，我曾经将所有游戏对象存储在具有初始化和固定大小的 std::vector 中。最近我觉得需要在游戏对象类之间进行一些继承。

假设我有 40 个类从我的类 Enemy 派生。如果我想将这些类的对象/实例存储在向量中，我只能选择将它们存储为向量 Enemy* 对吗？所以唯一连续分配的是指针，对吧？所以当需要取消引用时，我仍然会有很多缓存未命中，对吧？

是否有任何“最佳实践”方式，将派生类存储在连续分配的内存中，以便循环通过它们花费最少的时间？

Answer 1

Boost 刚刚为此接受了一个库：poly_collection。特别是，您正在寻找base_collection

在内部，它使用许多向量，每个（派生）类型一个，同时提供接近标准容器的接口。

其作者This article 提供了一些设计背景以及与其他解决方案的比较，例如unique_ptr 的向量。优点是双重的：首先，通过不使用指针和每个元素的动态内存分配，您可以获得更好的内存局部性，其次，将相同类型的元素组合在一起，you help branch prediction 和用于虚拟成员函数的指令缓存。

Answer 2

这个怎么样？

struct alignas(...) Base {};
struct Derived1 : Base {};
struct Derived2 : Base {};

int main()
{
    std::vector<Base> v(2);
    new (&v[0]) Derived1();
    new (&v[1]) Derived2();
    return 0;
}

放置新就可以了。它适用于多态性。对齐是为了确保向量包含相同大小的对象。将... 替换为一个数字（2 的幂），以使Derived1 和Derived2 的实例都适合向量。如果sizeof(Derived1) 返回 16，sizeof(Derived2) 返回 24，则需要 alignas(32)。

编辑

正如@KubaOber 所说，alignas 并非旨在管理分配大小，而仅用于将对象定位在内存中。实现目标的更好方法是使用std::variant。像这样的：

int main()
{
    std::vector<std::variant<Derived1, Derived2>> v;
    v.emplace_back(Derived1());
    v.emplace_back(Derived2());

    for (const auto& e : v)
        std::visit(VisitPackage(), e);

    return 0;
}

VisitPackage 可能是这样的：

struct VisitPackage
{
    void operator()(const Derived1&) { std::cout << "Derived 1.\n"; }
    void operator()(const Derived2&) { std::cout << "Derived 2.\n"; }
};