资源交叉引用与加载后初始化

复合资源与引用完整性（卷 I 7.2.2.8）

• 资源数据库由多个资源文件组成，每个文件含一个或多个数据对象，对象间可任意引用；交叉引用通常意味着依赖（A 引用 B，则两者都要在内存中才能用）。整体可表示为数据对象的有向图。
• 内部引用：同一文件内对象间的引用；外部引用：指向另一文件中对象的引用。两者常用不同方式实现。画图时用虚线框表示文件边界，跨越边界的边就是外部引用。
• 复合资源：自给自足的一簇相互依赖的资源，如模型 = 一个或多个三角形网格 + 可选骨骼 + 可选动画集合，每个网格映射一个材质，每个材质引用一张或多张纹理。完整加载复合资源要加载其全部依赖。

下图示意书中图 7.6 的结构（文件内的边是内部引用，跨文件的边是外部引用）。

flowchart LR
  subgraph F4["文件 4"]
    M1["网格 1"]
    M2["网格 2"]
    S1["骨骼 1"]
  end
  subgraph F5["文件 5"]
    Mat1["材质 1"]
    Mat2["材质 2"]
  end
  subgraph F1["文件 1"]
    T1["纹理 1"]
  end
  M1 --> Mat1
  M2 --> Mat2
  Mat1 --> T1
  A1["动画 1，文件 6"] --> S1

（图为简化示意，仅保留几条代表性的边。）

在内存与磁盘中表示交叉引用（卷 I 7.2.2.9）

C++ 中交叉引用通常是指针或引用（如 Material* m_pMaterial），但指针只是地址，离开运行中的程序就没有意义，同一程序两次运行地址也会变，所以不能直接存盘。

方案一：GUID 作为交叉引用

• 每个引用存为被引用对象的唯一 ID（字符串或哈希码），所以每个可能被引用的对象都要有 GUID。
• 运行时维护全局资源查找表：对象载入时以 GUID 为键登记指针；全部载入后遍历所有对象，通过查表把每个交叉引用转换为指针。

方案二：指针修正表 (pointer fix-up table)

• 存二进制文件时，按任意顺序把每个对象（恰好一次）的内存映像依次写入文件，于是在内存中不连续的对象在文件中变为连续映像——即序列化。
• 写文件时找到每个对象里的每个指针，换算为相对文件开头的偏移并覆盖原指针（偏移所需位数不会多于指针）。偏移就是指针在二进制文件中的等价物。注意开发平台与目标平台的差异：在 64 位 Windows 上写出的内存映像指针都是 64 位，与 32 位主机不兼容。
• 加载后映像仍连续，偏移加上文件映像基址即得指针：pObject = pAddressOfFileImage + objectOffset，即指针修正 (pointer fix-up)。
• 难点是找到所有需要转换的指针：写文件的代码了解所写的类型，知道每个对象中指针的位置，于是把这些位置记入一张指针修正表随映像一起写入文件；加载后查表修正每个指针。表本身就是文件内偏移的列表，每项代表一个待修正的指针。

用位数组存修正表 64 位系统中指针 8 字节宽，必须 8 字节对齐（见 C++ 内存布局与对齐）。只要整个文件载入在 8 字节边界上，文件就是连续的 8 字节「四字」数组，每个指针恰好占一个四字、不会跨两个。所以只需记录哪些四字是指针：N 字节文件最多 $\lceil N/8\rceil$ 个四字，用 $\lceil N/8\rceil$ 位的位数组标记即可，修正表只有 $\lceil N/64\rceil$ 字节——可能的最小修正表。

• 注意：这一结论依赖指针都按自然对齐存放；若用 #pragma pack(1) 之类压缩布局，指针可能跨四字，位数组方案就失效（对齐规则见 C++ 内存布局与对齐）。

C++ 对象与构造函数 从二进制映像加载 C++ 对象时容易忘记调用构造函数。两种做法：

1. 二进制文件中只允许 POD（plain old data：C 结构体，以及无虚函数、构造函数平凡的 C++ 结构体和类）；
2. 保存一张非 POD 对象的偏移表及其类别，加载后遍历，用 placement new 在已分配内存上调用相应构造函数：::new(pObject) ClassName;。 POD 的定义在 C++11/14/17/20 各版本间有变化，但基本思想不变（C++20 起标准已弃用 std::is_pod，改用「平凡 (trivial)」与「标准布局 (standard-layout)」两个概念描述——cppreference「PODType」「std::is_pod」）。

• 补充注意：placement new 调用的构造函数会在已载入的数据之上运行，若构造函数（或成员默认初始化器）给成员赋值，就会覆盖刚从文件读入的内容；实践中常为此提供一个不触碰成员、只设置虚表指针等的专用「就地加载」构造函数。对于平凡类型，C++23 提供 std::start_lifetime_as<T>(p)，可在不运行构造函数、不改动字节的前提下在已有存储上合法开始对象生命周期（cppreference「std::start_lifetime_as」）。GEA 未提这一点。

外部引用

• 上述两法适用于只有内部引用的资源：载入映像、修正指针即可。外部引用除了对象的偏移或 GUID，还要记录所在资源文件的路径。
• 加载多文件复合资源的关键是先加载全部相互依赖的文件：加载一个文件后扫描其交叉引用表，加载尚未加载的外部文件；每个对象载入时把地址登记到主查找表；全部载入后，最后统一用主查找表把 GUID 或文件偏移转换为真实地址。

加载后初始化（卷 I 7.2.2.10）

• 理想情况是离线工具把一切准备好，载入即可用；实际上很多资源载入后还需要处理。GEA 称之为加载后初始化 (post-load initialization)，Naughty Dog 称为 logging in；多数资源管理器还支持释放内存前的拆除 (tear-down) 步骤，ND 称为 logging out。
• 两类：
  • 不可避免的：如 PC 上网格的顶点和索引先载入主内存，渲染前必须转到显存——只能在运行时创建 DirectX 顶点/索引缓冲、锁定、复制或读入数据、解锁。
  • 可避免但为方便而做的：如给样条库加精确弧长计算，与其先改工具，不如先在加载后初始化中运行时计算；算法完善后再挪进工具，省去运行时开销。
• 按资源类型配置：C 中可用查找表把每种资源类型映射到一对函数指针（初始化、拆除）；C++ 中用多态更简单。虽然可以用特殊构造函数做初始化、析构函数做拆除，但通常需要先构造所有对象、再修正指针、最后单独初始化，所以多数开发者用普通虚函数，如 Init() 与 Destroy()。
• 与内存分配的关系：初始化常生成新数据——有时是补充载入数据（如计算 Catmull-Rom 样条各段弧长，需额外分配内存存放结果），有时是替换（如为向后兼容加载旧格式网格并自动转换为最新格式，转换后旧数据部分或全部丢弃）。
• 《Hydro Thunder》的做法：资源可 (a) 直接载入最终位置，或 (b) 载入临时内存区，由加载后初始化例程把最终数据复制到目的地，完成后丢弃临时副本。这便于加载同时含有用和无用数据的文件：有用的复制到最终位置，无用的丢弃——例如旧格式网格在临时内存中转换为新格式，不必浪费内存保留旧数据。

加载流程小结

下图把 GEA 描述的步骤串起来（以多文件复合资源为例）。

flowchart TD
  A["加载资源文件映像"] --> B["扫描交叉引用表，加载尚未加载的外部文件"]
  B --> C["对象地址登记到主查找表"]
  C --> D{"全部依赖已载入?"}
  D -- "否" --> B
  D -- "是" --> E["placement new 构造非 POD 对象"]
  E --> F["按修正表把偏移/GUID 转为指针"]
  F --> G["加载后初始化 Init()（如上传显存、计算弧长、格式转换）"]

构造、修正、初始化分为独立步骤，正是 GEA 主张用虚函数而非构造函数做初始化的原因。（流程图为本页归纳，各步骤均来自上文。）