UE4反射和垃圾回收

最新推荐文章于 2023-08-11 10:23:05 发布

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本文介绍了UE4中的反射机制，包括宏的使用、类型层次及其实现机制，并通过实例展示了如何在代码中应用反射。此外，还详细解析了UE4的垃圾回收机制，包括其特性、对象的根集概念及其在Actor中的应用。

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01 反射

什么是反射

反射是程序在运行时检查自身，将参与反射的数据(变量，类，函数等等)暴露给蓝图，允许运行时去调用。

反射的使用

宏就是用来帮助建立反射的，Unreal Header Tool（UHT）是建立反射的工具，它会扫描头文件。

例如：UE4中只要在一个函数的前面加上UFUNCTION()宏，然后在括号里面加上BlueprintCallable就可以在编辑器里面调用。

为了标记一个头文件包含反射类型，需要添加一个头文件"XXX.generate.h"，必须放在头文件的尾部，该文件一般位于“Project\工程名\Intermediate\Build\Win64\ Inc\工程名\类名.generate.h”
```
#include "XXX.generate.h"
```
可以使用UENUM()、UCLASS()、USTRUCT()、UFUNCTION()、以及UPROPERTY()来在头文件中注解不同的类型以及成员变量。每一个宏都会出现在类型或者成员变量的前面，并且可以包含额外的修饰符关键字。
```
UCLASS() //标识类参与反射

UPROPERTY()//标识属性参与反射

UFUNCTION()//标识函数参与反射

GENERATED_CODE//反射后的结果放置位置
```
UHT对代码文件内容进行处理，生成 .generated.h/.gen.cpp 文件，在生成的代码中加入反射信息。头文件中包一些函数实现声明的补全，对Current FileId的赋值，将一些函数注册到蓝图的虚拟中的操作。cpp文件（全局唯一）中会生成一个静态全局变量，在静态全局变量的构造函数中进行信息的注册，并将结果保存在UClass对象中（存放真实信息）。

反射的类型层次

UStruct是所有聚合结构体的基础类型（包含其它成员的类型，比如一个C++类、结构体、或者函数），不应该跟C++中的结构体（struct）混为一谈（那是UScriptStruct）。UClass可以包含函数、属性以及它们的孩子，而UFunction和UStriptStruct只能包含属性。

反射实现机制

Unreal Build Tool(UBT)和Unreal Header Tool (UHT)两个协同工作来生成运行时反射需要的数据。UBT属性通过扫描头文件，记录任何至少有一个反射类型的头文件的模块。如果其中任意一个头文件从上一次编译起发生了变化，那么 UHT就会被调用来利用和更新反射数据。UHT分析头文件，创建一系列反射数据，并且生成包含反射数据的C++代码（放到每一个模块的moulde.generated.inl中。注：最新版会生成到moudle.generated.cpp中），还有各种帮助函数以及thunk函数（每一个头文件.generated.h）

用生成的C++代码来存储反射数据的一个最大好处就是，它可以保证跟二进制做到同步。你永远也不会加载陈旧或者过时的反射数据，因为它是跟引擎的其它代码同时编译的，并且它会在程序启动的时候使用C++表达式来计算成员偏移等，而不是通过针对特定平台/编译器/优化的组合中进行逆向工程。

生成的诸如StaticClass()、StaticStruct()函数是为了让当前类型更好的获取反射数据，以及那此转换函数（thunks）用来在蓝图或者网络复制中调用C++函数。这些必须声明为类或者结构体的一部分，这也就解释了为什么GENERATED_UCLASS_BODY() or GENERATED_USTRUCT_BODY()宏会包含在你的反射系统的类型中，而#include "TypeName.generated.h"的头文件中定义了这些宏。

反射实例

#include "MyObject.generated.h"//虚幻引擎将生成所有反射数据并将放入此文件
 
UCLASS(Blueprintable)//Blueprintable:此类可由蓝图延展
class UMyObject : public UObject
{
    GENERATED_BODY()
 
public:
    MyUObject();
 
    UPROPERTY(BlueprintReadOnly, EditAnywhere)//BlueprintReadOnly:此属性只可从蓝图读取，不可写入
    float ExampleProperty;//EditAnywhere:说明此属性可通过属性窗口在原型和实例上进行编辑
 
    UFUNCTION(BlueprintCallable)//BlueprintCallable:公开属性在蓝图代码中调用
    void ExampleFunction();
};

02 垃圾回收机制（GC）

UE4中的GC是追踪式、非实时、精确式，非渐近、增量回收（时间片），先标记后回收的过程，为了提高效率和减少回收过程中的卡顿，可以做到并行标记和增量回收以及通过簇来提高回收的效率等。详解链接

UObject和垃圾回收

UE4的垃圾收集比较自动化，通过垃圾回收便无需手动删除 UObjects，只需维持对它们的有效引用即可。类须派生自 UObject，才能启用垃圾回收。

UCLASS()
class MyGCType : public UObject
{
    GENERATED_BODY()
};

在垃圾回收器中存在称为根集的概念，此根集是一个对象列表，回收器不会对这些对象进行垃圾回收。只要根集中的对象到讨论中的对象之间存在引用路径，对象便不会被垃圾回收。如对象到根集的此路径不存在，它便会被识别为无法达到，垃圾回收器下次运行时便会将其收集（删除），引擎以特定间隔运行垃圾回收器。

怎样才算是一个引用？存储在一个UPROPERTY属性中的UObject 对象指针。让我们看看简单的例子：

void CreateDoomedObject()
｛
    MyGCType* DoomedObject = NewObject<MyGCType>();
｝

当我们调用上面的方法时，我们实例化一个新的UObject对象，但我们没有存储对象指针到任何UPROPERTY的属性中，所以它不是根集的一部分。事实上，垃圾回收器会检测这个对象是否无法访问，若是，则回收它。

UE4采用了标记-清扫垃圾回收方式，是一种经典的垃圾回收方式。一次垃圾回收分为两个阶段。第一阶段从一个根集合出发，遍历所有可达对象，遍历完成后就能标记出可达对象和不可达对象了，这个阶段会在一帧内完成。第二阶段会渐进式的清理这些不可达对象，因为不可达的对象将永远不能被访问到，所以可以分帧清理它们，避免一下子清理很多UObject，比如map卸载时，发生明显的卡顿。

Actor和垃圾回收

Actors 通常不会被垃圾回收。Actors 生成后，必须手动调用 Destroy()。它们不会被立即删除，而会在下个垃圾回收阶段被清理。

UCLASS()
class AMyActor : public AActor
{
    GENERATED_BODY()
 
public:
    UPROPERTY()
    MyGCType* SafeObject;
 
    MyGCType* DoomedObject;
 
    AMyActor(const FObjectInitializer& ObjectInitializer)
        :Super(ObjectInitializer)
    {
        SafeObject = NewObject<MyGCType>();
        DoomedObject = NewObject<MyGCType>();
    }
};
 
void SpawnMyActor(UWorld* World, FVector Location, FRotator Rotation)
{
    World->SpawnActor<AMyActor>(Location, Rotation);
}

调用上述函数时，将在世界场景中生成一个actor。Actor的构建函数创建两个对象。一个指定到 UPROPERTY，另一个指定到裸指针。Actors自动成为根集的一部分，SafeObject将不会被垃圾回收，因为它从根集对象出到达。然而 DoomedObject的进展不是十分顺利。我们未将其标为UPROPERTY，因此回收器并不知道其正在被引用，而会将它逐渐销毁。