C++ Memory Management Study Project

C++とSDL2を使ったメモリ管理学習用プロジェクトです。
コンシューマゲームの最適化エンジニアを目指すために簡易的な2Dゲームを用いて実装を行っています。

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学習テーマ

• スタックとヒープの違い
• メモリレイアウトとパディング
• オブジェクトプールによるメモリ管理
• フリーリストによる探索コストの削減
• アクティブリストによる不要ループの削減
• テンプレートを使った汎用プール設計

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実装済み機能

• Pool<T, MAX> : 汎用オブジェクトプール
  • フリーリストによるO(1)のalloc
  • アクティブリストによる不要スロットのスキップ
  • 二重free検出

今後の予定

• カスタムスタックアロケータの実装
• カスタムヒープアロケータの実装
• Visual Studioプロファイラによる詳細計測
• データ指向設計（DOD）への移行

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環境構築

必要なもの

• Visual Studio 2022（C++によるデスクトップ開発）
• CMake 3.20以上
• SDL2（別途ダウンロードが必要）

SDL2のセットアップ

1. SDL2公式 からSDL2-devel-x.x.x-VC.zipをダウンロード
2. 解凍してlibs/SDL2/に配置する

MyGame/
├── CMakeLists.txt
├── README.md
├── src/
│   └── main.cpp
└── libs/
    └── SDL2/        ← ここに配置
        ├── include/
        └── lib/

ビルド手順

mkdir build
cd build
cmake ..
cmake --build .

build/Debug/MyGame.exeが生成されます。

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技術スタック

項目	内容
言語	C++17
グラフィック	SDL2
ビルドシステム	CMake
IDE	Visual Studio 2022

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パフォーマンス計測結果

ヒープとプールの比較（100,000回の確保・解放）

方式	処理時間	倍率
new/delete（ヒープ）	10,272 us	1x
プール	286 us	約35倍高速

プールアロケータにより約35倍の高速化を確認。
new/deleteによるメモリフラグメンテーションと
アロケーションコストを排除した結果です。

連続アクセスとランダムアクセスの比較（100,000要素）

アクセス方式	処理時間
連続アクセス（プール）	163 us
ランダムアクセス（ヒープ）	194 us

データを連続メモリに配置することでCPUキャッシュ効率が向上します。

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設計のポイント

Pool<T, MAX>の設計

Pool enemyPool;
Pool attackPool;
Pool effectPool;

型とサイズをテンプレート引数で指定するだけで
どんなオブジェクトにも使える汎用プールを実現しています。

メモリバジェットの可視化

ゲーム実行中に各プールのメモリ使用量をリアルタイムで表示します。

• 各プールの使用中バイト数 / 最大バイト数
• 使用率をカラーバーで可視化（緑→赤）
• 合計メモリ使用量の表示

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