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Chapter.33 [ 同期処理の概念 ]

■同期処理とは何か?

基礎講座3では、『Withステートメント』に始まり、『画像表示に関する処理』、『繰り返し処理』、『APIについて』と、解説してきましたね。
そして前回のテーマだった『メインループ』。これは前回、完成度90%という中途半端な状態で終わってしまっています。

長々と基本について解説してきたのにはちゃんと理由があります。今回のテーマである『同期処理』を理解するために、どうしてもこれらの解説が必要だったからです。ここまで、我慢強く進めてきた皆さん、本当にがんばっていると思います。
皆さんはもう十分な基礎力がついています。今回の講座もきっとついてこれるはずです。もう少しだけ、基本に忠実にがんばりましょう。

さて、今回のテーマ『同期処理』ですが、皆さんはなんのことだかわかるでしょうか。

ゲームのプログラミングを行うにあたって、同期処理というのは実はすごく重要な処理です。これをしっかりと実装していないゲームは、下手をするとゲームとして成り立たないほど、ひどいものになってしまいます。
これはアクションゲームや、シューティングゲームなど、動きの激しいゲームであればあるほど顕著に表れます。

同期処理というのは、どのようなパソコン環境でもできる限り同じように処理が行われるように、ゲームの動きを調整する処理のことです。
ちょっとわかりづらいですね。解説します。

例えば、世界最強の処理能力を持つ、スーパーコンピューターがあったとします。Excelを100個同時に起動してもへっちゃらなほど、高いポテンシャルを誇ります。
一方、その隣には、10年ほど前に製作されたちょっと古いマシンがあります。コイツはちょっと重たいソフトを起動したら、フリーズしたかと思わず勘違いしてしまうほど、低いスペックのマシンです。

当然ですが、この2つのマシンが同じ処理を行う場合、完了するまでの時間には差が出ます。簡単な処理であれば、見た目にはほとんど違いがないかもしれません。しかし数千回、数万回ループする処理など、非常に重たい処理を行う場合には、それなりに大きな時間の差が出てくるでしょう。
考えてみると、これは非常にやっかいです。

シューティングゲームの場合、プレイヤーが操作する自機や敵キャラクターの動く速さはもちろん、敵が撃ってくる敵弾の速さ、これがパソコンの性能によって変わってしまうということです。
かたや、超高速で襲い来る恐怖の弾幕。かたや、ゲームに集中できないほどの超低速弾……。これじゃいけませんね。

これは極端な例ですが、そんなに現実離れした話でもありません。
パソコンなどの機器は進化が非常に早いですから、2~3年前のパソコンでも、結構処理能力やスペックに差があるものです。

私たちが作ったゲームは、どのような環境でプレイされるかわかりません。環境によってゲームの処理速度、つまり難易度が変化することがあるのは好ましくありません。私たちプログラマーが、動作環境の違いによって処理が変化しないように、意図的に調整しなくてはならないのです。
これこそが『同期処理』なのです。


■ではどのように実装させるか

さぁ、問題はこれです。いかにして同期処理を実現すればいいのでしょうか。

ポイントとなるのは、パソコンの処理速度が速くても、遅くても、同じように処理が進むようにすることですよね。これはカメとウサギに例えて考えてみましょう。

カメさんは、とってもゆっくりです。それに対して、ウサギさんは非常に速い。
同時に走り出したら、あっという間にウサギさんが先に進んでしまい、カメさんは置いていかれてしまいます。
しかし、ウサギさんが途中で休んでしまったが為に、ゆっくりカメさんは、結局ウサギさんに追いつくことができました。


どうですか、なんとなく同期処理の方法が想像できませんか?

鍵を握っているのは、『速すぎたときには処理を止めて待つ』という仕組みです。
処理が行われている最中、ある一定の時点で速度をチェックをして、速く進みすぎている場合には、処理が止まるようにすればいいわけです。

どうですか? なんとなく考え方はわかったでしょうか。
この考え方を取り入れながら、前回解説したメインループに同期処理を組み込んでみましょう。同期処理が組み込めたら、晴れてメインループ完成度100%に到達です。


■同期処理に必要なAPI

同期処理を行うためには、Sleep関数に続く、新たなAPIをひとつ紹介しなくてはなりません。
そのAPIは『GetTickCount』というAPI関数です。
宣言文は以下のようになります。

Declare Function GetTickCount lib "kernel32.dll" () As Long

このGetTickCount関数は、ウィンドウズが起動されてから、どのくらい時間が経っているのかを教えてくれる機能を持っています。その時間の単位は、Sleep関数と同様、ミリ秒単位となっています。

このGetTickCount関数をうまく取り入れることによって、同期処理が実現できます。

まず、宣言文をよく見てみましょう。
Sleep関数のときと同様、Declareステートメントを使っていますね。これはどんなAPIを使うときでも必ず同じです。そして注目すべきは括弧の部分です。
Sleep関数は、処理を中断する時間を、整数のデータとして引数に指定していました。しかし、GetTickCount関数の括弧の中には、何も書かれていませんね。空の括弧がついているだけです。
このことから、GetTickCount関数は引数を必要としないということがわかります。GetTickCount関数は情報を取得するという目的のためだけの関数ということですね。

実際に、この関数は簡単にテストすることができます。ためしに、下記のコードを実行してみてください。すると、何らかの数値がメッセージとして表示されるはずです。

Declare Function GetTickCount Lib "kernel32.dll" () As Long

Sub Get_Time_Test()
    MsgBox GetTickCount
End Sub

なんだか異様に大きな数値が表示されたのではないでしょうか。この数値が、ミリ秒単位で表した、起動してから現在までの時間なんですね。
例えば『600000』と表示された場合には、どれくらいの時間が経っているかというと……

1秒が1000ミリ秒なので、
    600000 ÷ 1000 = 600 = 600秒
1分は60秒なので、
    600 ÷ 60 = 10 = 10分

そう、10分経っているのです。
このように、GetTickCount関数は、ウィンドウズを起動してから現在までの時間を教えてくれます。この仕組みを使って、ゲームの同期処理を行います。


■完成度100%メインループ

メインループに同期処理を組み込むために、GetTickCount関数を使いますが、それと同時に、Long型の変数を新しく宣言します。

ゲームの繰り返し処理が行われるとき、まず始めに、この新しく宣言したLong型の変数にGetTickCount関数が教えてくれる数値を入れておきます。
こうすることで、そのときのループがいつ始まったのか、あとで知ることができますよね。ウィンドウズを起動してから、ちょうど10分経っていたとしたら、このとき変数には『600000』という数値が入るはずです。

そして、ゲームの処理が全て終わって、繰り返し処理の最後の部分に差し掛かった段階で、もう一度GetTickCount関数を呼び出します。すると、ゲームの処理にかかった分だけ、時間が進んでいるはずですよね。先ほど変数に入れておいた数値と比較すれば、どのくらい時間が掛かったのかがわかるはずです。
例えば最後にもう一度GetTickCount関数を呼び出した時に、教えてくれる数値が『600500』になっていたとしたら、変数に入っている数値と比較すると『500ミリ秒』つまり、0.5秒時間が経っているということがわかります。

もし、1回のループを1秒単位で回したいと考えていた場合には、これでは処理が速く終わりすぎてしまっています。つまりウサギさん状態ですね。
こんなときは、ウサギさんには少し待ってもらいましょう。そのために、もうひとつDo~Loopを用意して、その中でぐるぐる回ってもらいます。

なかなかイメージしづらいと思いますので、完成版のメインループのコードを載せちゃいます。これを見ながら、もう少し踏み込んで考えてみましょう。コードは次のようになります。

Sub Main()
    Dim Flg As Boolean
    Dim Stm As Long                 'Long型の変数を新たに宣言
    Flg = False
    Do Until Flg
        Stm = GetTickCount             '始めに時間を取得しておく
        'ゲームの処理
        Do
            Call Sleep(1)
        Loop Until GetTickCount - Stm > 1000     '比較を行って速すぎたらループする
    Loop
End Sub

わかりやすくするために、コメントを併せて追加してみました。
少しコードが複雑なので、ちょっとわかりづらいですが、よく見てください。

2番目に登場する、中に入っているほうのDo~Loop文で、処理が速すぎていないかチェックしています。GetTickCount関数で取得できる数値から、始めに変数に確保した数値を引き算します。先ほどの例で言えば『GetTickCount関数で取得する数値 - 600000』という計算をしているのですね。
この計算の結果が、『1000よりも大きくなったとき』というのが終了の条件になっています。ですから、もし処理が速すぎる場合(計算結果が1000より小さい場合)はループし続けるわけです。

ゲームの処理に500ミリ秒しか掛からなかったとしたら、引き算した結果が1000よりも小さくなります。こんなウサギさんにはDo~Loopという檻の中で、適切な時間が来るまで延々と回ってもらいます。
こうすることによって、ゲームのメインループは、任意の時間で1回ずつ処理が行われるようになるわけです。ウサギさんがぐるぐる回っている間に、無駄な負荷が掛からないようにするために、Sleep関数を中にあるDo~Loop文に仕込むというのがポイントですね。


■まとめ

さて、結構難しい内容でしたね。どうでしょう、私の説明が不足でないか心配ですが、これにてめでたくメインループの完成度が100%に到達しました。

このメインループは、今後雛形として使います。その構造について正しい理解が必要です。例えば1回のループ時間を、1秒単位ではなく、もっと短い時間で指定したい場合はどうすればいいか、皆さんはわかりますか? キチンと内容が理解できていれば、これは簡単なはずです。

2番目のDo~Loop文で指定されている終了条件、『Loop Until GetTickCount - Stm > 1000』の時間を変更すればいいのですね。
先ほどの例の場合では、計算結果との比較として1000を指定しています。これは1000ミリ秒ごと、ということですからすなわち1秒ごとに相当しますね。もし、もっと速くループを回したい場合には、この1000の部分をもっと小さな数値にすればいいだけです。
ここで500を指定すれば0.5秒ごとにループしますし、100を指定すれば0.1秒ごとにループします。理屈がわかってしまえば簡単ですね。

今回解説した『同期処理がキチンと取れているメインループ』は、動きのあるゲームを作る際には常に必要になる仕組みです。私が作成するゲームも、この仕組みを採用しているものがほとんどです。
ほぼ完成された形ですから、先ほども書いたように、今後、このメインループを雛形として解説を続けていくことになります。難しい内容ではありますが、しっかり覚えて、次回以降に備えてくださいね。


■格言

同期処理でどんな環境にも対応させる
GetTickCount関数はウィンドウズ起動からの時間をミリ秒単位で教えてくれる


繰り返し処理+同期処理+Sleep、これで完璧メインループ。
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