Стефан Нильссон преподает информатику в Королевском технологическом институте Стокгольма и очень много пишет о языке Go. Предлагаем вам перевод его статьи Why Go? — Key advantages you may have overlooked, где он рассказывает о главных плюсах языка. Статья ориентирована на читателей, уже знакомых с основами программирования, в том числе на Java и/или Python.

Выбрать язык программирования непросто. Отдельные преимущества могут поначалу очаровывать, а выявление недостатков требует времени и опыта.

Как профессор информатики и разработчик, много лет использующий Go и Java, я хочу поделиться мыслями и объяснить, почему я ставлю Go выше, чем Java или Python. И почему с ним мне гораздо проще писать хороший код.

Go — мой основной язык с 2012 года. До этого, с 1998 года, я использовал Джаву, а еще раньше — Си. Python нужен мне главным образом в преподавательской работе.

Заниматься программированием я начал в далеком 1978 году. Тогда я писал для калькулятора TI-57, с его программной памятью на 50 шагов и 8 регистрами.

Минимализм

Go — минималистичный язык, и это (по большей части) очень хорошо.

Официальная спецификация Go умещается всего на 50 страницах, легко читается и содержит много примеров. Думаю, опытный программист может освоить язык по одной этой спецификации.

«Ядро» Go составляют простые ортогональные конструкции, которые можно сочетать сравнительно малым числом способов. Это упрощает изучение языка, чтение и написание кода.

Когда вы добавляете в язык новую возможность, он не просто усложняется — его сложность возрастает в разы. Потому что возможности могут пересекаться по самым разным сценариям. И это серьезная проблема, ведь сложность языка касается всех разработчиков, а не только тех, кто пишет спецификацию или делает компилятор.

Некоторые из ключевых особенностей Go:

• Полноценные встроенные фреймворки для тестирования и профилирования программ компактны и просты в изучении. Скорее всего, вам не понадобится ни один из многочисленных аддонов от сторонних разработчиков.
• Можно отлаживать и профилировать оптимизированный бинарник, который уже запущен в production на HTTP-сервере.
• Документация к языку Go генерируется автоматически и содержит примеры, которые можно запускать прямо на странице справки [для этого под каждым листингом есть кнопка Run — прим. пер.]. Опять же, интерфейсы минималистичны и не требуют долгого изучения.
• Go — язык с сильной статической типизацией и явным приведением типов, но его синтаксис на удивление необременителен. Все благодаря нетипизированным числовым константам и определению типа по присвоенному значению. Как результат, в работе с типами Go безопаснее, чем Java (где есть неявное приведение). При этом его код по легкости чтения ближе к Питону, где есть нетипизированные переменные.
• Программы на языке Go состоят из пакетов, что позволяет понятно делить код и легко управлять зависимостями. Механизм пакетов — пожалуй, в числе наиболее удачно реализованных в языке. И самых недооцененных.
• Структурно типизированные интерфейсы обеспечивают динамический полиморфизм за счет динамической диспетчеризации.
• Конкурентность — неотъемлемая часть Go, для нужд которой в языке есть горутины, каналы и оператор select. Чем конкурентность отличается от параллелизма, можно посмотреть здесь.

Небольшие примеры кода, описание базовых типов данных, методов и управляющих структур вы также найдете в статье «Go vs. Java: 15 главных отличий».

Задел на будущее

В Go нет ряда возможностей, обычных для других современных языков.

Вот универсальный ответ проектировщиков языка на вопрос «Почему в Go нет такой-то функции?».

Каждый язык предлагает новые возможности и не содержит чьих-то любимых. Go был создан с прицелом на удобство программирования, быструю компиляцию, возможность влиять на одну концепцию, не затрагивая другой, и необходимость поддерживать такие вещи, как параллелизм и сбор мусора. Ваша любимая «фишечка» могла сюда не вписаться, потому что увеличивает время компиляции или снижает ясность синтаксиса. Или потому, что она усложнила бы всю модель языка [принципы построения программ — прим. пер.].

Для добавления любой новой возможности нужны веские основания — острая необходимость, которую обосновали бы разработчики реальных проектов.

Вот наиболее вероятные кандидаты на добавление в Go 2:

• Управление пакетами с помощью модулей, поддержка которых уже была частично реализована в Go 1.11.
• Обобщенное программирование — концептуальная схема, реализация которой в Go уже запланирована во второй версии языка. Пока вместо обобщенного кода (дженериков) можно использовать альтернативы и обходные пути, расписанные вот здесь.
• Новая система обработки ошибок — пока тоже на стадии проекта — может заменить нынешние упрощенные механизмы.

Сейчас на рассмотрении более мелкие усовершенствования, которые помогут организовать и опробовать разработку Go с упором на инициативу сообщества.

Тем не менее вряд ли стоит ждать от Go 2 таких нововведений, как опциональные параметры, значения параметров по умолчанию и перегрузка методов.

Сравнение с Java

Спецификация языка Java® сейчас насчитывает 750 страниц. Сложность изучения связана в первую очередь с перегруженностью «фишками» [явление известно как feature creep — прим.пер.].

Вот вам несколько примеров. Внутренние классы внезапно появились в Java в 1997 году. На обновление спецификации ушло больше года, и она увеличилась в объеме почти вдвое. Это высокая цена для функции, появление которой было не критично.

Дженерики в Java, использующие стирание типов (type erasure), делают код яснее и позволяют выполнять дополнительные тесты во время исполнения программы. Но когда нужно выйти за рамки простейших примеров, работа с дженериками усложняется. Вы не можете создавать массивы дженериков, а шаблоны параметров (type wildcards) с нижней и верхней границей довольно сложны. Слово «дженерик» фигурирует в спецификации 280 раз. Лично я не уверен, стоила ли эта штука усилий, затраченных на ее реализацию.

Перечисления (enum) появились в Java в 2004 году как специальный класс, который работает с группой констант. Это, конечно, неплохо, но практически все возможности перечислений можно реализовать с помощью обычных классов. Термин enum упомянут в спецификации 241 раз.

Прозрачность кода

Блок обработки данных суперкомпьютера ILLIAC IV

Если вы не можете читать и понимать свой код, ваш проект обречен.

• Вы должны всегда четко знать, что именно делает ваш код.
• Иногда нужно оценить количество ресурсов (времени и памяти), необходимых для выполнения вашего кода.

Создатели Go постарались сделать так, чтобы обе эти потребности было легко удовлетворить.

Синтаксис языка создан с расчетом на прозрачность и поддерживает только один стандарт оформления кода, который можно автоматически применить утилитой fmt.

Другой пример: Go не скомпилирует программу, если она требует каких-то пакетов (через import), но в реальности не использует их в коде. Такой подход повышает ясность кода, а в долгосрочной перспективе — его производительность.

Подозреваю, что создатели Go нарочно усложнили некоторые вещи. Например, надо очень постараться, чтобы поймать исключение (панику). Причем, чтобы переступить через типобезопасность, вам придется пометить свой код ключевым словом unsafe.

Сравнение с Python

В Python фрагмент кода del a[i] удаляет элементы с индексом i из списка a. Этот код, конечно, вполне читаем, но не прозрачен: легко упустить из вида, что временная сложность алгоритма представлена как O(n), где n — число элементов списка.

У Go нет такой полезной функции. Это не так удобно, зато более прозрачно. Если вы копируете элемент списка, вам нужно явно указать это в коде. Смотрите пример кода: 2 способа удалить элемент из среза в Go. Но можно и проще — с помощью аppend.

Сравнение с Java

Прозрачность кода — проблема не надуманная. Вот пара примеров того, как правила инициализации пакетов и порядка выполнения кода в Go упрощают поддержку и доработку проекта:

• Циклические зависимости могут вести к нежелательным последствиям. В отличие от кода на Java, Go-программа с зацикленной инициализацией не скомпилируется.
• Программа на Go завершает работу только из функции main. Java-приложение закрывается после завершения всех пользовательских потоков, не являющихся демонами.

Это значит, что для понимания особенностей в работе Java-приложения нужно изучить большие фрагменты его кода. Это может быть и вовсе невозможно, если вы используете сторонние библиотеки.

Совместимость

Язык, который подвержен внезапным изменениям или утрачивает поддержку, может погубить ваш проект.

Для первой версии Go были кратко и сжато сформулированы гарантии совместимости для языкового «ядра» и стандартных библиотек: программы на Go, которые работают сегодня, должны работать и с будущими версиями Go 1. До сих пор обратная совместимость соблюдается безукоризненно.

Go — это проект с открытым кодом и BSD-подобной лицензией, которая разрешает коммерческое использование, внесение изменений, распространение и личное пользование.

Права интеллектуальной собственности принадлежат авторам Go и тем из нас, кто внес вклад в развитие проекта. Кроме того, Google предоставляет пользователям патент на интеллектуальную собственность, распространяемую корпорацией в рамках проекта Go.

Сравнение с Python

Если вы Python-разработчик, вам приходилось мучаться с различиями между Python 2.7.x and Python 3.x. И хотя есть веские основания выбирать Python 3, если вы используете библиотеки, доступные только для 2.7, у вас может не быть выбора.

Сравнение с Java

У языка Java очень хороший опыт обратной совместимости и подробное руководство по совместимости для JDK 8. Плюс, Java долгое время был в свободном доступе для разработчиков.

К сожалению, на горизонте сгущаются тучи. Причиной тому — судебное разбирательство между Oracle America и Google о сущности компьютерного кода, авторском праве и новой модели лицензирования Java от Oracle.

Производительность

Снаружи Go неброский, но под капотом у него — прекрасно отлаженный движок.

Бессмысленно обсуждать производительность вне контекста. Такие параметры программы, как время исполнения и потребление памяти, сильно зависят от алгоритмов, структур данных, входных данных, мастерства программиста, операционной системы и «железа».

Тем не менее заметно влиять на производительность могут язык, среда исполнения и стандартные библиотеки. Все это касается высокоуровневых задач и архитектурных решений. Чтобы глубже вникнуть в реализацию компилятора и его производительность, читайте FAQ по Go.

Прежде всего, Go — компилируемый язык. Готовое к запуску Go-приложение обычно выглядит как один исполняемый файл без отдельных динамических библиотек или виртуальных машин, которые можно было бы напрямую разворачивать.

Объем и скорость генерации машинного кода зависят от целевой архитектуры. Генерация кода Go довольно хорошо проработана и поддерживает все основные ОС (Linux, macOS, Windows) и архитектуры (Intel x86/x86-64, ARM64, WebAssembly, ARM и др.). Поэтому от go-приложений можно ждать производительности на уровне C++ или Java. Выигрыш относительно интерпретируемого кода на Python может быть огромным.

В Go есть сборщик мусора, что предотвращает утечки памяти. Причем задержка в работе сборщика минимальна. На деле вы можете даже не замечать, что «поток-мусорщик» запущен.

Практически все стандартные библиотеки исполнены очень качественно: их код оптимизирован по эффективным алгоритмам. К примеру, регулярные выражения в Go работают настолько хорошо, что время исполнения напрямую зависит от объема ввода. К сожалению, с Java и Python все иначе.

Скорость сборки в абсолютных величинах сейчас достаточно хороша. Что еще важнее, Go спроектирован так, чтобы упрощать компиляцию и анализ зависимостей. Это позволяет создавать легко масштабируемые решения для растущих проектов.

Это вторая часть перевода статьи From Zero to Game Designer: how to start building video games even if you don’t have any experience. Автор оригинала — Angela He. Первая часть была посвящена разработке концепции игры и работе с графикой.

Программирование

Теория

Debug.Log('О боже! Пришло время кода!! ^_^');

С чего начать? Выберите игровой движок и среду разработки, в которой будете писать код (Integrated Development Environment  —  IDE). Список движков и IDE, которые я рекомендую, вы найдете ниже.

Что дальше? Пишите код. Не умеете? Не волнуйтесь, этому можно научиться.

Мы исключили из перевода главу с объяснениями таких азов программирования, как переменные, функции и исключения. В подразделе одной статьи все равно не расскажешь всего, что нужно знать новичку для создания игры. Но есть вариант лучше. Вы можете пройти бесплатный курс «Основы программирования» на GeekBrains и записаться на бесплатные интенсивы по языку, который выберете для написания игр.

На каком языке вы собираетесь программировать? C++? JavaScript? C#? У каждого свои особенности и назначение.

API (Application Programming Interface — программный интерфейс). Когда разберетесь с основами, вам потребуется изучить конкретный API вашего игрового движка. Программные интерфейсы — это арсенал мощных инструментов, обернутых в простые классы и функции, которыми вы можете пользоваться. API заметно упрощают жизнь.

Посмотрите на примеры проектов, сделанных на выбранном движке. У Unreal и Unity есть множество бесплатных примеров. Это позволит вам понять, как все может выглядеть на практике. К тому же это может натолкнуть на идею собственной игры. Моя первая игра родилась из знакомства с возможностями Corgi Engine.

if (you.getThisFar()==true) {

veryProud=true;

you.didIt(); //НАСТРОЕНИЕ: ОФИГЕННОЕ

}

Короткое воодушевляющее напутствие. Я знаю, что поначалу программирование пугает. Ничего не понятно, в попытке найти выход постоянно налетаешь на «стены», после очередных ошибок и неудач хочется все бросить. Это не значит, что у вас плохо с программированием. Писать код — всегда сложно. Неудивительно, если в начале пути вы теряетесь.

Чтобы научиться программированию, нужно время — как и с любым другим навыком. Позже это начнет приносить радость (по крайней мере, со мной было так).

Важные принципы разработки игр

Ориентированность на объект. Когда код выстроен вокруг объектов, он легче воспринимается человеком.

Принципы именования. Называйте переменные, классы и все остальное так, чтобы сразу было ясно их назначение. Например, функцию ближнего боя (melee attack) лучше назвать meleeAttack(), а не mA() и не protectbutalsoattac(). Вам и всем, кто будет читать код, должно быть сразу ясно, о чем речь.

Декомпозиция. Повторяющийся код выносите в отдельные функции. Вызывайте их вместо того, чтобы писать один и тот же код несколько раз.

Шаблон проектирования Singleton («Одиночка»). Позволяет хранить все данные класса в одном месте.

Избегать статических переменных. Вне singleton’ов я бы не рекомендовала создавать статические переменные — они существуют на протяжении всей игры, медленно работают и могут вести к непредвиденным событиям.

Шаблон проектирования Observer («Наблюдатель»). Позволяет создать штуки, которые в своей работе зависят от других объектов — чтобы компьютеру не надо было проверять, что там с другим объектом происходит.

Важные особенности Unity

Сопрограммы (Coroutines). Интерфейс IEnumerator и сопрограммы позволяют начать делать что-то и продолжать определенное время, а затем остановиться. Я часто этим пользуюсь, чтобы создать визуальный эффект взрыва, задать движение с помощью функции Lerp или дождаться загрузки сцены, прежде чем работать с ее объектами.

«Скриптуемые объекты» (ScriptableObject). Содержат данные с меньшими накладными расходами, чем при наследовании скриптов от класса MonoBehaviour.

Ресурсы

Игровые движки

Самописные. Надо знать C/C++ и низкоуровневое программирование. Очень-очень низкоуровневое.

Unity (*). 2D/3D. Кроссплатформенный. Требует знания JavaScript/C# на среднем уровне.

Unreal Engine. 2D/3D. Надо знать C++ на среднем уровне. Обратите внимание: поддержка 2D у этого движка так себе.

Pixi.js (*). 2D. Надо знать JavaScript на среднем уровне. Web.

GameMaker Studio. 2D/3D. Кроссплатформенный. Надо знать GML. Подходит для новичков.

Corona. 2D. Кроссплатформенный. Надо знать Lua. Для начинающих.

Среды разработки (IDE)

Visual Studio Code (*). Для MacOS. Не лагает и может похвастаться всякими фишечками  — всплывающими подсказками и быстрой навигацией (⌘T).

Visual Studio (*). Для Windows.

MonoDevelop. Распространяется вместе с Unity. Часто лагает.

Бесплатные ресурсы для Unity

Море бесплатных дополнений и ресурсов для Unity вы найдете в официальном магазине Unity Asset Store, на сайтах GitHub, bitbucket и других. Материалы с GitHub и bitbucket я использую в каждом своем проекте.

Упрощайте себе жизнь с помощью готовых ресурсов, но учтите, что они несовершенны. Если вы нашли ошибки, не стесняйтесь их исправлять и сообщать о них разработчикам.

TextMeshPro (*)

LeanTween (*)

Fungus

Corgi Engine

Dialogue System

Post Processing Stack

Keijiro Takahashi. Работает над Unity. Делает потрясающие свободные (open source) проекты с визуальными эффектами для Unity!

И последнее по порядку, но не по важности — мое средство № 1 для преодоления непоняток с кодом — Google!

Доводим проект до ума: отладка и оптимизация

Теория

О! Дочитали досюда?! Это просто замечательно  — вы молодец. Я серьезно. Если вы проделали такой большой путь, я бы хотела услышать о вашей игре. Напишите мне о ней!

Думаете, теперь все готово? Как вам сказать… С вероятностью 99,99999 % в игре есть баги. Так что самое время заняться тестированием.

Поиск ошибок и отладка (debugging)

Заставьте кого-нибудь (но не себя!) поиграть в вашу игру. Желательно в вашем присутствии: если человек столкнется с ошибкой, он может ее не заметить или затрудниться с описанием.

Попробуйте пройти игру на всех целевых платформах. Бывает, все работает в редакторе, но дает сбои на реальных устройствах. В Linux и особенно разных версиях Android все может пойти не так, как вы задумывали.

Ладно. Нашли баг — что дальше?

Посмотрите в консоль: нет ли там исключений. Уже видите? Отлично! Теперь найдите имя файла и номер строки, где исключение было выброшено. Если вы впервые слышите об исключениях, расспросите Google. А дальше сосредоточьтесь на том, что же пошло не так в уже известной строке.

Все еще не знаете, в чем беда? Расставьте контрольные сообщения на проблемном участке кода и выводите их в консоль. Выводите значения переменных и смотрите, как они меняются по ходу выполнения программы. Соответствует ли это вашим ожиданиям? Если нет, вносите правки.

Если ситуация хуже некуда, проверьте логи своего проекта. Они расскажут гораздо больше, чем консоль. Прочтите последние строки перед той, где было выброшено исключение. Если чего не знаете, спросите у Google.

Ну как, исправили баг? Спите уже — утром все само починится, ведь это лишь дурной сон, правда?

Распространенные ошибки

Исключение NullReferenceException

var.doThing(); //выбрасывает NullReferenceException: Object reference not set to an instance of an object

В чем проблема: Вы пытаетесь что-то сделать с null-значением (несуществующей) переменной.

if(var != null)
{
var.doThing(); // безопасно выполняем необходимое!
}

SyntaxErrorException

Проблема: в коде синтаксические ошибки.

Как быстро исправить: в сообщении об исключении будет написано, какой символ дает ошибку. Исправьте этот символ.

Обратите внимание: если символ — двойная кавычка, убедитесь, что используете прямые кавычки, а не загнутые, которые доставляют много хлопот:

" //прямая
” //загнутая

Розовый или черный экран

Возможная проблема: какой-то шейдер не рендерится.

Возможная причина: вы используете 3D-шейдер в 2D-игре. Или какая-то из функций шейдера не поддерживается в нужной вам операционной системе. Всегда используйте в мобильных играх только мобильные шейдеры.

После отладки вы можете дополнительно улучшить игру, если оптимизируете производительность и использование памяти. Так ваша игра будет быстрее грузиться и меньше раскалять «железо» игроков.

Общие советы по оптимизации

• Установите желаемую частоту кадров в секунду. Для визуальной новеллы годится FPS на уровне 20, а шутеру от первого лица больше подойдут 60 кадров в секунду. Чем ниже частота кадров по умолчанию, тем меньше времени игра тратит на их отрисовку.
• Анимация / частицы / отброс загороженной геометрии. Функция Occlusion Culling в Unity отвечает за рендеринг тех объектов, которые заслонены от камеры другими. Чего не видит камера, то не рисуют. Анимация персонажей, обновление частиц, отрисовка 3D-моделей — все это должно выполняться только в поле зрения камеры!

• Сжимайте текстуры и звук. Для сжатия текстур используйте библиотеку Crunch. Воспроизводите потоковую музыку и декодируйте звук при загрузке. Снижайте качество звука. Обратите внимание, что при сжатии звука потеря качества не всегда заметна человеческому уху.

Объединение объектов. Лучше не создавать и не уничтожать множество объектов одновременно — это ведет к пиковым нагрузкам на систему. Собирайте объекты в списки, очереди или другие структуры данных.

Такие вещи, как пули, обязательно надо собирать в пул, а не обрабатывать по одной.

Не позволяйте рейкасту касаться вещей, которым не нужны вводные данные. Рэйкасты — как маленькие лучи, которые проходят от ваших пальцев или указателя мыши до объекта игрового мира при каждом клике или нажатии. Уберите из рейкастовых вычислений объекты, которым не надо реагировать на такие сигналы.

Если хотите задачу потруднее:

Оптимизируйте шейдеры. Присвойте каждому рендеру по материалу. Это сэкономит ресурсы в начале, ведь игре не нужно будет создавать новые материалы для всего подряд.

Включайте в шейдер для материала только необходимое для его работы. Например, кнопке не нужна маска, поэтому для нее лучше использовать спрайтовый шейдер.

В Unity используйте наборы контента (Asset Bundles) вместо папок с названием Resources. Наборы сэкономят память за счет подгрузки файлов из онлайн-хранилища (например, Dropbox) или с жесткого диска. Пока я мало этим пользовалась из-за недостаточно подробной документации.

Ресурсы

Все это создавалось для Unity, но можно использовать и с другими движками.

Скрипты

Оптимизация скриптов в Unity-играх (*).

Графика

Руководство по оптимизации UI в Unity (*).

Лучшие практики работы с графикой (*).

Память

Уменьшаем размер файлов для билда (*).

Память.

Оптимизация под платформы

Практическое руководство по мобильной оптимизации (*).

Соображения о производительности WebGL (*).

Размышления о работе с памятью в WebGL (*).

7 этапов оптимизации мобильных VR-игр от Olly.

Продолжение следует.