【第1回】弾を1000発撃ちたい！メモリの限界

弾幕シューティングゲームを作りたい！画面いっぱいに弾が飛び交うあの世界を、Perlで再現してみましょう。

メモリオーバーフローの問題

この記事でやること

弾を表すクラス Bullet を作成する
100発の弾オブジェクトを生成する
メモリ使用量を確認し、問題を発見する

対象読者

この記事は、次のような方を想定しています：

「Mooで覚えるオブジェクト指向プログラミング」シリーズを読了した方
Mooの基本的な使い方（has、sub、new）を理解している方
Perl v5.36以降の環境をお持ちの方

前提知識

この記事では、前シリーズ「Mooで覚えるオブジェクト指向プログラミング」で学んだ以下の知識を活用します：

hasとsubでクラスを定義する方法
newでオブジェクトを生成する方法
requiredで必須属性を指定する方法

弾幕シューティングの世界

弾幕シューティングとは、画面上に大量の弾が飛び交うシューティングゲームのジャンルです。有名なタイトルでは、東方Projectシリーズがあります。

画面いっぱいに広がる美しい弾幕。あの世界を実現するには、数百〜数千発の弾を同時に管理する必要があります。

でも、ちょっと待ってください。数千個のオブジェクトを生成するって、大丈夫なのでしょうか？

まずは素朴に作ってみよう

弾を表す Bullet クラスを作ってみましょう。弾には以下の情報が必要です：

形状（丸、星、レーザーなど）
色（赤、青、緑など）
サイズ
位置（X座標、Y座標）
速度（X方向、Y方向）

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#!/usr/bin/env perl
use v5.36;

package Bullet {
    use Moo;

    # 弾の見た目
    has shape => (is => 'ro', required => 1);  # 形状
    has color => (is => 'ro', required => 1);  # 色
    has size  => (is => 'ro', required => 1);  # サイズ

    # 弾の位置と速度
    has x  => (is => 'rw', required => 1);  # X座標
    has y  => (is => 'rw', required => 1);  # Y座標
    has vx => (is => 'ro', required => 1);  # X方向速度
    has vy => (is => 'ro', required => 1);  # Y方向速度

    sub move($self) {
        $self->x($self->x + $self->vx);
        $self->y($self->y + $self->vy);
    }

    sub render($self) {
        my $shape = $self->shape;
        my $color = $self->color;
        my $x = $self->x;
        my $y = $self->y;
        say "[$color $shape] at ($x, $y)";
    }
}

# 100発の弾を生成
my @bullets;
for my $i (0 .. 99) {
    my $bullet = Bullet->new(
        shape => 'circle',
        color => 'red',
        size  => 8,
        x     => 100 + $i,
        y     => 200,
        vx    => 0,
        vy    => 5,
    );
    push @bullets, $bullet;
}

say "弾の数: " . scalar(@bullets);

# 最初の3発を表示
for my $bullet (@bullets[0..2]) {
    $bullet->render;
}

実行してみましょう：

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弾の数: 100
[red circle] at (100, 200)
[red circle] at (101, 200)
[red circle] at (102, 200)

動きました！でも、ここで気づくことがあります。

すべて同じ「赤い丸」なのに…

100発の弾を作りましたが、よく見てください：

形状: すべて circle
色: すべて red
サイズ: すべて 8

見た目の情報は全部同じなのに、100個のオブジェクトそれぞれに shape、color、size という属性を持たせています。

これ、無駄じゃないですか？

メモリ使用量を確認してみよう

実際にどれくらいメモリを使っているか確認してみましょう。Devel::Size モジュールを使います：

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#!/usr/bin/env perl
use v5.36;
use Devel::Size qw(total_size);

package Bullet {
    use Moo;

    has shape => (is => 'ro', required => 1);
    has color => (is => 'ro', required => 1);
    has size  => (is => 'ro', required => 1);
    has x     => (is => 'rw', required => 1);
    has y     => (is => 'rw', required => 1);
    has vx    => (is => 'ro', required => 1);
    has vy    => (is => 'ro', required => 1);
}

# 弾の数を変えて試す
for my $count (100, 1000, 10000) {
    my @bullets;
    for my $i (0 .. $count - 1) {
        push @bullets, Bullet->new(
            shape => 'circle',
            color => 'red',
            size  => 8,
            x     => 100 + $i,
            y     => 200,
            vx    => 0,
            vy    => 5,
        );
    }

    my $size = total_size(\@bullets);
    my $size_kb = sprintf("%.1f", $size / 1024);
    my $per_bullet = sprintf("%.0f", $size / $count);
    
    say "弾 $count 発: ${size_kb}KB (1発あたり ${per_bullet}バイト)";
}

実行結果（環境により異なります）：

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弾 100 発: 60.8KB (1発あたり 621バイト)
弾 1000 発: 596.6KB (1発あたり 610バイト)
弾 10000 発: 5.8MB (1発あたり 607バイト)

1発あたり約600バイト！10000発だと約6MB…。弾幕シューティングで本気の弾幕を作ろうとしたら、メモリがどんどん消費されてしまいます。

問題の整理

ここで問題を整理しましょう：

属性	弾ごとに異なる？	共有できる？
shape（形状）	いいえ！同じ種類の弾は同じ形状	できる！
color（色）	いいえ！同じ種類の弾は同じ色	できる！
size（サイズ）	いいえ！同じ種類の弾は同じサイズ	できる！
x（X座標）	はい！弾ごとに違う	できない
y（Y座標）	はい！弾ごとに違う	できない
vx（X速度）	はい！弾ごとに違う	できない
vy（Y速度）	はい！弾ごとに違う	できない

「見た目」は共有できるのに、「位置」は弾ごとに違う！

同じ「赤い丸弾」なら、見た目の情報は1つだけ持って、それを共有すればいいのでは？

次回予告

同じ種類の弾は、見た目の情報を共有できそうです。でも、どうやって？

次回は、弾の「種類」と「位置」を分けて考える方法を紹介します。この発想が、メモリ効率化の鍵になります。

今回のまとめ

弾幕シューティングでは大量の弾オブジェクトが必要
素朴に全属性を持たせると、1発あたり約600バイトのメモリを消費
10000発で約6MBのメモリが必要（問題！）
「見た目」は共有できるのに、「位置」は弾ごとに違うという気づき
次回：この気づきをもとに設計を改善する

今回の完成コード

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#!/usr/bin/env perl
use v5.36;
use Devel::Size qw(total_size);

package Bullet {
    use Moo;

    # 弾の見た目（共有可能…のはず）
    has shape => (is => 'ro', required => 1);
    has color => (is => 'ro', required => 1);
    has size  => (is => 'ro', required => 1);

    # 弾の位置と速度（弾ごとに異なる）
    has x  => (is => 'rw', required => 1);
    has y  => (is => 'rw', required => 1);
    has vx => (is => 'ro', required => 1);
    has vy => (is => 'ro', required => 1);

    sub move($self) {
        $self->x($self->x + $self->vx);
        $self->y($self->y + $self->vy);
    }

    sub render($self) {
        my $shape = $self->shape;
        my $color = $self->color;
        my $x = $self->x;
        my $y = $self->y;
        say "[$color $shape] at ($x, $y)";
    }
}

# メモリ使用量を計測
my @bullets;
for my $i (0 .. 99) {
    push @bullets, Bullet->new(
        shape => 'circle',
        color => 'red',
        size  => 8,
        x     => 100 + $i,
        y     => 200,
        vx    => 0,
        vy    => 5,
    );
}

say "弾の数: " . scalar(@bullets);

my $size = total_size(\@bullets);
my $size_kb = sprintf("%.1f", $size / 1024);
say "メモリ使用量: ${size_kb}KB";

# 弾を動かして表示
for my $bullet (@bullets[0..2]) {
    $bullet->render;
    $bullet->move;
    $bullet->render;
    say "---";
}