[心得] C++搭Python 高效地圖引擎開發

[StubbornLin (鍵盤創業家)]

最近用C++搭Python開發的2D地圖引擎
做了一些最佳化，有一點心得分享一下

為了讓Python可以存取C++裡的程式
我用的是Boost.Python做binding
畫圖用的是DirectX 9

最初我只把DirectX 9的2D畫圖用C++寫包裝給Python用
地圖的呈現都用純Python寫，結果效能很差

http://static.ez2learn.com/client05.PNG

像這樣的場景FPS只有30，最根本的原因是
地圖引擎在畫磚塊的迴圈很吃重
Python本身的效率差C++的大約在10~100倍之間
同樣的程式，Python的overhead太重
在迴圈中累積多了，再怎樣改善演算d法都不會有太大的幫助
除此之外還有個嚴重的問題，就是Python的GIL
簡單的來說是Python的一個全域鎖
主要是Python的物件都有reference count
因此在multi-thread跑時需要去取得GIL才能碰Python的物件 否則會crash
所以Python的thread實際同時在跑的thread只能有一個
而這個GIL造成在多核心開多thread反而會跑更慢 (因為多thread狂搶GIL)

這文章有講，可以參考看看
http://www.dabeaz.com/python/UnderstandingGIL.pdf

純Python thread是無法增加平行處理的能力
為了解決效率太差的問題，我用C++寫game thread的部份
感謝Boost.Python的簡單好用，事實上我寫的C++
並沒有特別去為python做什麼調整，都是以C++做為思考在寫的
等到要expose到python時，Boost.Python幾乎都有簡單好用的方法可以用
有些地方要做點特別處理，但不多
而為了必免碰到GIL，C++的類別也都不去碰Python的任何東西
它們都是設計來被使用的，而有時需要callback回Python
這些都用Boost.Signal2來解開藕合

而expose時要注意一下，因為會有來自非Python建的thread
一來是在module開始時要呼叫一下初始化thread

    BOOST_PYTHON_MODULE(core) {
        PyEval_InitThreads();
        ....
    }

二來是從C++建的thread callback回python時要取得GIL 不然會crash

    void do_callback() {
        AcquireGIL gil;
        callback(); // callback object in Python
    }

幾乎一模一樣的程式，用C++重寫後包裝給Python用
這抓圖是地圖上塞了5000個骨髏角色，FPS可以到80
而且還沒做更進一步的最佳化

http://static.ez2learn.com/client16.PNG

這樣把核心封裝給Python操作有個好處
就是當底層的這些都完成後
剩下的高階控制的程式都用Python寫
改起來輕鬆愉快，不用再等編譯
開發效率會快很多

大略就這樣，有人有興趣的話
我有空或許可以再寫一些相關的心得

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推 VVll:感謝分享
推 art1:eve online後來為了效率也改用c++搭配Python
推 chchwy:python開發真的快很多 C++光是等編譯就不知道花掉多少時間
推 damody:感謝分享 個人都用lua 不過最近看到anglescript好像不錯
→ VVll:C++編譯要快 就是cpu好一點 跟ssd買下去了xd
推 damody:SSD+16g ram+i7 超讚 編譯超快
推 yoco315:py 包 c++ 超讚的
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