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为什么c#能做大型游戏，而java不适合，c#跟java不是很相似吗？

作者：卡卷网发布时间：2024-12-29 14:22浏览数量：79次评论数量：0次

就说个编写 3D 游戏里最常见的场景吧。

现在我想要渲染一个 3D 模型，需要将组成模型的面传递给游戏引擎，然后引擎会去调用 DirectX/Vulkan/OpenGL 等等的 API 将我们模型数据提供给 GPU 渲染出来。

我们都知道 3D 模型的面由三角形组成，而每个三角形都有 3 个顶点，最后一大堆三角形组成了整个模型的表面。

那这件事情要怎么做呢？最简单的方法：整一个缓冲区把三角形的各顶点的位置存起来，然后调用图形 API 把数据上传到 GPU 就行了。

那这件事情在 C# 里面怎么做呢？

首先定义顶点类型：

[StructLayout(LayoutKind.Sequential)] record struct Vertex(float X, float Y, float Z);

然后我们整个顶点数组：

var vertices = new Vertex[12345];

然后把我们的三角形扔进去之后直接扔给引擎就完事了。

填充的时候简单 for 循环里往 vertices 里塞 Vertex 就行了。

假设引擎用的 OpenGL，那此时引擎接收到我们的数组后需要调用 glBufferData 来给 VAO 提供顶点数据：

const uint GL_ARRAY_BUFFER = 0x8892; const uint GL_STATIC_DRAW = 0x88E4; fixed (Vertex* p = vertices) glBufferData(GL_ARRAY_BUFFER, sizeof(Vertex) * vertices.Length, p, GL_STATIC_DRAW);

那 glBufferData 这个函数要怎么在 C# 里定义呢？

[DllImport("glew32.dll", EntryPoint = "__glewBufferData"), SuppressGCTransition] static extern void glBufferData(uint target, nint size, void* data, uint usage);

搞定。

至此为止我没有用到任何的（除了 OpenGL 本身之外的）库，也没有编写任何的 C# 以外的代码。

那写法这么简单，性能怎么样呢？我们看看最终调用 glBufferData 的部分 JIT 给我们生成了什么代码：

add rax, 16 ; address of vertices + method table (8) + array length (8) mov r8, rax ; = data of vertices mov edx, 0x242AC ; sizeof(Vertex) * vertices.Length mov ecx, 0x8892 ; GL_ARRAY_BUFFER mov r9d, 0x88E4 ; GL_STATIC_DRAW mov eax, 0x5B589850 ; function pointer of glBufferData call rax ; call glBufferData

可以看到，没有任何额外的内存分配和开销，数据直接从指针传出去，压根不需要拷贝，从头到尾的零成本抽象。

甚至可以说 C# 就是一个可以用 GC 的现代版 C++，这对于需要频繁与 native 进行交互的场景而言最适合不过。更不要提 C# 的 P/Invoke 在 NativeAOT 之下支持静态链接，连额外的 dll 都省了。

以上东西你用 Java 做一个试试，看看能有多复杂，再看看填充 buffer 的时候能否直接利用定义好的数据结构和类型，再看看能不能做到零拷贝。

更新：

鉴于 Java 22 之后有了 FFM API，以上东西虽然做起来很麻烦，但是好歹能写出来了，虽然我不知道他们现在的 FFM API 打算如何支持静态链接，毕竟 Java FFM API 这种运行时定义布局和查找入口点跟静态链接就是天生不兼容的。

那我们现在进一步加大难度。

我们都知道给 GPU 送的数据不一定非得是 float ，还可以是 int、double 等等。那此时在 C# 里面我们只需要把顶点类型改成：

[StructLayout(LayoutKind.Sequential)] record struct Vertex<T>(T X, T Y, T Z) where T : unmanaged;

然后调用 glBufferData 那句改成：

fixed (Vertex<T>* p = vertices) glBufferData(GL_ARRAY_BUFFER, sizeof(Vertex<T>) * vertices.Length, p, GL_STATIC_DRAW);

就搞定了。

由于 .NET 会针对泛型参数给代码进行特化，因此 T 无论是 int 、float 还是 double，甚至是更复杂的类型例如 record struct Foo<U>(Bar A, float B, U C) 都能获得独一无二的代码生成，并且其内存布局也是编译时就确定的，效率也有保证。

END

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