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上篇文章《【Unity優化】Unity中究竟能不能使用foreach？》發表之后，曾經有網友說，在他的不同的Unity版本上，發現了泛型List無論使用foreach還是GetEnumerator均會產生GC的情況，這就有點尷尬了。由於它本身就是Mono編譯器和相應.net庫才能決定的原因，這就使得在使用系統提供的List時，又能最終擺脫GC的糾纏變得很困難。於是抓耳撓腮，翻出差不多六七年為Java代碼寫的動態數組，然后大肆修改一番。最終好像終於逃離GC的魔咒。
先奉上代碼：
自定義的List
using System;
using System.Collections;
using System.Collections.Generic;
using UnityEngine;
namespace AndrewBox.Math
{
/// <summary>
/// 動態數組
/// @author AndrewFan
/// </summary>
/// <typeparam name="T">任意類型</typeparam>
public class AB_List<T> :IEnumerable<T>
{
protected int m_capacity=10; // 容量
protected T[] m_items;// 內部數組
protected int m_length;// 存放的單元個數
protected int m_mayIdleID;// 可能空閑的單元下標
protected IEnumerator<T>[] m_enumerators; //枚舉器組
protected bool[] m_enumStates;//枚舉器組當前占用狀態
public AB_List()
{
init(5);
}
public AB_List(int capacity,int enumCount=5)
{
init(enumCount);
}
protected void init(int enumCount)
{
m_capacity = m_capacity<10?10:m_capacity;
enumCount = enumCount < 5 ? 5 : enumCount;
m_items = new T[m_capacity];
if (m_enumerators == null)
{
m_enumerators = new IEnumerator<T>[enumCount];
m_enumStates = new bool[enumCount];
for (int i = 0; i < m_enumerators.Length; i++)
{
m_enumerators[i] = new ABEnumerator<T>(this,i);
}
}
}
/// <summary>
/// 增加單元
/// </summary>
/// <param name="element">添加的單元</param>
public virtual void Add(T element)
{
increaseCapacity();
// 賦值
m_items[m_length] = element;
m_length++;
}
/// <summary>
/// 插入單元
/// </summary>
/// <param name="index">插入位置</param>
/// <param name="element">單元</param>
/// <returns>操作是否成功</returns>
public virtual bool Insert(int index, T element)
{
if (index < 0)
{
return false;
}
if (index >= m_length)
{
Add(element);
return true;
}
increaseCapacity();
// 向后拷貝
// for(int i=length;i>index;i--)
// {
// datas[i]=datas[i-1];
// }
System.Array.Copy(m_items, index, m_items, index + 1, m_length - index);
m_items[index] = element;
m_length++;
return true;
}
public virtual T this[int index]
{
get
{
//取位於某個位置的單元
if (index < 0 || index >= m_length)
{
throw new InvalidOperationException();
}
return m_items[index];
}
set
{
//設置位於某個位置的單元
if (index < 0 || index >= m_length)
{
throw new InvalidOperationException();
}
m_items[index] = value;
}
}
/// <summary>
/// 增長容量
/// </summary>
protected void increaseCapacity()
{
if (m_length >= m_capacity)
{
int newCapacity = m_capacity;
if(newCapacity == 0)
{
newCapacity++;
}
newCapacity *= 2;
T[] datasNew = new T[newCapacity];
System.Array.Copy(m_items, 0, datasNew, 0, m_length);
m_items = datasNew;
m_capacity = newCapacity;
}
}
/// <summary>
/// 清空單元數組
/// </summary>
public virtual void Clear()
{
for (int i = 0; i < m_length; i++)
{
m_items[i] = default(T);
}
m_length = 0;
}
/// <summary>
/// 是否包含某個單元
/// </summary>
/// <param name="element">單元</param>
/// <returns>是否包含</returns>
public bool Contains(T element)
{
for (int i = 0; i < m_length; i++)
{
if (m_items[i].Equals(element))
{
return true;
}
}
return false;
}
/// <summary>
/// 獲取指定單元在當前列表中的位置，從前向后查找
/// </summary>
/// <param name="element">單元</param>
/// <returns>位置</returns>
public int IndexOf(T element)
{
for (int i = 0; i < m_length; i++)
{
if (m_items[i].Equals(element))
{
return i;
}
}
return -1;
}
/// <summary>
/// 獲取指定單元在當前列表中的位置，從后先前查找
/// </summary>
/// <param name="element">單元</param>
/// <returns>位置</returns>
public int LastIndexOf(T element)
{
for (int i = m_length-1; i >=0; i--)
{
if (m_items[i].Equals(element))
{
return i;
}
}
return -1;
}
/// <summary>
/// 獲得長度
/// </summary>
public virtual int Count
{
get
{
return m_length;
}
}
/// <summary>
/// 移除指定位置的單元，如果單元歸屬權屬於當前列表，則會將其卸載
/// </summary>
/// <param name="index">位置索引</param>
/// <returns>移除掉的單元</returns>
public virtual void RemoveAt(int index)
{
if (index < 0 || index >= m_length)
{
return;
}
for (int i = index; i <= m_length - 2; i++)
{
m_items[i] = m_items[i + 1];
}
m_length--;
}
/// <summary>
/// 移除指定尾部單元
/// </summary>
/// <returns>移除掉的單元</returns>
public virtual T RemoveEnd()
{
if (m_length <= 0)
{
return default(T);
}
T temp = m_items[m_length - 1];
m_items[m_length - 1] = default(T);
m_length--;
return temp;
}
/// <summary>
/// 從指定位置開始(包括當前)，移除后續單元，如果單元歸屬權屬於當前列表，則會將其卸載
/// </summary>
/// <param name="index">要移除的位置</param>
/// <param name="innerMove">是否是內部移動</param>
/// <returns>被移除的個數，如果index越界，則返回-1</returns>
public virtual int RemoveAllFrom(int index)
{
if (index < 0 || index >= m_length)
{
return -1;
}
int removedNum = 0;
for (int i = m_length - 1; i >= index; i--)
{
m_items[i] = default(T);
m_length--;
removedNum++;
}
return removedNum;
}
/// <summary>
/// 移除指定單元，如果單元歸屬權屬於當前列表，則會將其卸載
/// </summary>
/// <param name="element">單元</param>
/// <returns>是否操作成功</returns>
public virtual bool Remove(T element)
{
int index = IndexOf(element);
if (index < 0)
{
return false;
}
RemoveAt(index);
return true;
}
/// <summary>
/// 獲取所有數據，注意這里的數據可能包含了很多冗余空數據，長度>=當前數組長度。
/// </summary>
/// <returns>所有數據數組</returns>
public T[] GetAllItems()
{
return m_items;
}
/// <summary>
/// 轉換成定長數組，伴隨着內容拷貝。
/// 如果是值類型數組，將與本動態數組失去關聯；
/// 如果是引用類型數組，將與本動態數組保存相同的引用。
/// </summary>
/// <returns>數組</returns>
public virtual Array ToArray()
{
T[] array = new T[m_length];
for (int i = 0; i < m_length; i++)
{
array[i] = m_items[i];
}
return array;
}
/// <summary>
/// 顯示此數組，每個單元之間以逗號分隔
/// </summary>
public void Show()
{
string text = "";
for (int i = 0; i < m_length; i++)
{
T obj = m_items[i];
text += (obj.ToString() + ",");
}
Debug.Log(text);
}
/// <summary>
/// 顯示此數組，每個單元一行
/// </summary>
public void ShowByLines()
{
string text = "";
for (int i = 0; i < m_length; i++)
{
T obj = m_items[i];
text += (obj.ToString());
}
Debug.Log(text);
}
public IEnumerator<T> GetEnumerator()
{
//搜索可用的枚舉器
int idleEnumID = -1;
for (int i = 0; i < m_enumStates.Length; i++)
{
int tryID=i+m_mayIdleID;
if (!m_enumStates[tryID])
{
idleEnumID = tryID;
break;
}
}
if (idleEnumID < 0)
{
Debug.LogError("use too much enumerators");
}
//標記為已經使用狀態
m_enumStates[idleEnumID] = true;
m_enumerators[idleEnumID].Reset();
//向前遷移空閑坐標
m_mayIdleID = (m_mayIdleID + 1) % m_enumStates.Length;
return m_enumerators[idleEnumID];
}
IEnumerator IEnumerable.GetEnumerator()
{
return null;
}
struct ABEnumerator<T> : IDisposable, IEnumerator<T>
{
private AB_List<T> m_list;
private int m_idNext;
private T m_current;
private int m_id;
public object Current
{
get
{
if (this.m_idNext <= 0)
{
throw new InvalidOperationException();
}
return this.m_current;
}
}
T IEnumerator<T>.Current
{
get
{
return this.m_current;
}
}
internal ABEnumerator(AB_List<T> list,int id)
{
this.m_list = list;
this.m_idNext = 0;
this.m_id=id;
m_current = default(T);
}
void IEnumerator.Reset()
{
this.m_idNext = 0;
}
public void Dispose()
{
//this.m_list = null;
//清除使用標記
m_list.m_enumStates[m_id] = false;
m_list.m_mayIdleID = m_id;
}
public bool MoveNext()
{
if (this.m_list == null)
{
throw new ObjectDisposedException(base.GetType().FullName);
}
if (this.m_idNext < 0)
{
return false;
}
if (this.m_idNext < this.m_list.Count)
{
this.m_current = this.m_list.m_items[this.m_idNext++];
return true;
}
this.m_idNext = -1;
return false;
}
}
}
}
下面是修改后的ForeachTest 類
using UnityEngine;
using System.Collections;
using System.Collections.Generic;
using AndrewBox.Math;
public class ForeachTest : MonoBehaviour {
int[] m_intArray;
List<int> m_intList;
ArrayList m_arryList;
AB_List<int> m_intABList;
public void Start ()
{
m_intArray = new int[2];
m_intList = new List<int>();
m_arryList = new ArrayList();
m_intABList = new AB_List<int>();
for (int i = 0; i < m_intArray.Length; i++)
{
m_intArray[i] = i;
m_intList.Add(i);
m_arryList.Add(i);
m_intABList.Add(i);
}
}
void Update ()
{
testABListEnumLevel();
//testABListGetEmulator();
//testABListForeach();
}
void testIntListForeach()
{
for (int i = 0; i < 1000; i++)
{
foreach (var iNum in m_intList)
{
}
}
}
void testIntListGetEmulator()
{
for (int i = 0; i < 1000; i++)
{
var iNum = m_intList.GetEnumerator();
while (iNum.MoveNext())
{
}
}
}
void testIntArrayForeach()
{
for (int i = 0; i < 1000; i++)
{
foreach (var iNum in m_intArray)
{
}
}
}
void testIntArrayGetEmulator()
{
for (int i = 0; i < 1000; i++)
{
var iNum = m_intArray.GetEnumerator();
while (iNum.MoveNext())
{
}
}
}
void testArrayListForeach()
{
for (int i = 0; i < 1000; i++)
{
foreach (var iNum in m_arryList)
{
}
}
}
void testArrayListGetEmulator()
{
for (int i = 0; i < 1000; i++)
{
var iNum = m_arryList.GetEnumerator();
while (iNum.MoveNext())
{
}
}
}
void testABListForeach()
{
for (int i = 0; i < 1000; i++)
{
foreach (var iNum in m_intABList)
{
}
}
}
void testABListGetEmulator()
{
for (int i = 0; i < 1000; i++)
{
using (var iNum = m_intABList.GetEnumerator())
{
while (iNum.MoveNext())
{
var t = iNum.Current;
}
}
}
}
void testABListEnumLevel()
{
foreach (var iNum1 in m_intABList)
{
foreach (var iNum2 in m_intABList)
{
foreach (var iNum3 in m_intABList)
{
foreach (var iNum4 in m_intABList)
{
//foreach (var iNum5 in m_intABList)
//{
//}
}
}
}
}
}
}
Foreach調用解析
關鍵之處作個解釋：
首先理清楚IEnumerable、IEnumerator之間的關系。
IEnumerable是指那種可以被枚舉的列表類型，如果我們自己自定義一個List，希望它能結合foreach使用的話，必須實現這個接口。
IEnumerator是一個枚舉器。
系統庫里的IEnumerable接口是這樣：
using System.Runtime.InteropServices;
namespace System.Collections
{
public interface IEnumerable
{
IEnumerator GetEnumerator();
}
}
在我的ABList類中實現接口的函數是下面這樣:
IEnumerator IEnumerable.GetEnumerator()
{
if (m_enumerator == null)
{
m_enumerator = new ABEnumerator<T>(this);
}
m_enumerator.Reset();
return m_enumerator;
}
目前的函數實現經過設計的話，它不會產生GC。然而，問題在后面緊緊跟隨。實現了IEnumerable接口之后。當我們使用形如foreach(var t in list)的時刻，它就會去調用list中的繼承於IEnumerator的Current實現：
namespace System.Collections
{
public interface IEnumerator
{
object Current
{
get;
}
bool MoveNext();
void Reset();
}
}
看到這里，它返回的是object，如果我們List中存放的是值類型，那么系統自然就產生了一次box裝箱操作，GC於是悄悄地產生了。
也正是因為這個原因，微軟后來加入了泛型的IEnumerator。但是，為了兼容以前的設計，這個泛型IEnumerator被設計成實現於之前的IEnumerator，而它的下方增加了同樣的Current的Get方法。
using System;
using System.Collections;
namespace System.Collections.Generic
{
public interface IEnumerator<T> : IEnumerator, IDisposable
{
T Current
{
get;
}
}
}
同樣的設計也被用於泛型的IEnumerable，
using System.Collections;
namespace System.Collections.Generic
{
public interface IEnumerable<T> : IEnumerable
{
IEnumerator<T> GetEnumerator();
}
}
如果我們實現泛型的IEnumerable和IEnumerator，必須同時泛型和非泛型的GetEnumerator和Current方法。
那么，問題來了。現在有兩個GetEnumerator()方法，兩個Current的Get方法，究竟該用誰的呢？
首先，在實現的時候就需要加以區分：
public IEnumerator<T> GetEnumerator()
IEnumerator IEnumerable.GetEnumerator()
這兩個實現，你給其中一個加上public，另外一個就不能加上public；兩個函數至少有一個需要增加[接口名稱.]這種前綴；那么最終我們在foreach期間調用的就是public的那個方法。
自然，我們這里為了避免使用到非泛型IEnumerator中的Current方法的object返回形式，我們必須使用將唯一的生存權留給泛型的GetEnumerator。
同樣，我們也需要在自定義的枚舉器中作出選擇。保留泛型的Current函數。
struct ABEnumerator<T> : IDisposable, IEnumerator<T>
{
private AB_List<T> m_list;
private int m_idNext;
private T m_current;
public object Current
{
get
{
if (this.m_idNext <= 0)
{
throw new InvalidOperationException();
}
return this.m_current;
}
}
T IEnumerator<T>.Current
{
get
{
return this.m_current;
}
}
...
GC測試
應用於AB_List< int >的foreach
void testABListForeach()
{
for (int i = 0; i < 1000; i++)
{
foreach (var iNum in m_intABList)
{
}
}
}
沒有產生GC
應用於AB_List< int >的GetEnumerator
void testABListGetEmulator()
{
for (int i = 0; i < 1000; i++)
{
var iNum = m_intABList.GetEnumerator();
while (iNum.MoveNext())
{
var t= iNum.Current;
}
}
}
也沒有產生GC
局限性
本list雖然沒有GC，但是其使用也有一定的局限性。
最大的局限性是foreach嵌套的問題。當我們在很多重嵌套中同時foreach這個list時，相當於需要多個枚舉器同時存在。List被設計為存儲一定數目的枚舉器組，以便於多次調用。(這樣設計是為了避免值類型枚舉器被當做引用返回時造成的裝箱問題)
不過，一般而言，你應該不需要那么多層的foreach嵌套，默認允許同時嵌套5層，如果你需要超過5層的嵌套，則在ABList的構造函數中傳入更多測層次就可以。
另外一個小小的限制就是，當你使用getEnumerator()時，需要把它們放在using中，大概是這樣：
using (var iNum = m_intABList.GetEnumerator())
{
}
這樣做的目的是在代碼塊結束時，調用枚舉器的Dispose方法，這樣可以讓這個枚舉器變成可重用狀態。
總結
Unity系統的泛型List存在的問題是：它在finally中回收枚舉器時執行了Box操作。自定義List時，正確實現泛型格式的IEnumerable、IEnumerator是關鍵，需要避開枚舉單元被Current時，值類型被強制轉換成對象類型的Box操作。
總體上來說，這應該是一個高效的，無GC的List，看官可以嘗試一哈。