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与保留模式 GUI 相比,使用即时模式 GUI 对性能有何影响?

我目前正在开发一个标准的 Windows 桌面应用程序(标准意味着没有花哨的东西:只有按钮、文本、滑块等),并且在研究了一些 GUI 框架并被排斥后,决定自己编写一个 GUI 框架他们全部。由于这是一个爱好项目,我也愿意尝试,并决定制作 GUI 即时模式,而不是保留模式,因为我非常喜欢它简化代码的方式。不过,这是一个问题:

与保留模式 GUI 相比,在将其用于典型桌面应用程序时,使用即时模式 GUI 对性能有何影响?

我总是听说 IMGUI 性能更差,因为它必须重绘每一帧(或者,如果它以某种方式缓存,它仍然必须每帧执行逻辑)。但是我们在这里谈了多少?我会消耗两倍的 CPU 时间吗?更多的?如果我假设运行 20 个 IMGUI 程序,它会最大限度地消耗 CPU(假设我已经优化了它)?我只想知道大致情况以及权衡在非游戏环境中是否仍然可行,在这种环境中不需要重绘每一帧。

关于延迟还有一个我不明白的含义。在 Johannes Nornebywork-in-progress book 中的 chapter discussing IMGUI 中,解释如下:

帧剪切 在实时应用程序的上下文中需要注意的 IMGUI 的一个方面(每秒不断地多次渲染新帧)是用户交互将始终响应在前一帧上绘制的内容。这是因为用户界面必须至少绘制一次,以便用户知道那里有要与之交互的小部件。大多数情况下,如果帧速率足够高,这不会导致任何问题,但需要注意这一点。

这在保留模式 GUI 中有何不同?这是否意味着我比保留模式 GUI 多了一个输入延迟帧?

我强烈建议您不要实现自己的 GUI 库,即使是作为一个爱好项目。做对极难,细节很多,很容易出错。即使不存在您喜欢的 GUI 库,最好将您的爱好 GUI 库实现为现有库的薄包装器(基本上,使用带有包装器的现有库之一来使 API 更像您想要的)。 GUI 库太大而不能成为一个有趣的爱好项目
想想你希望你的 GUI 库有多详细或多深。例如,您是围绕 OS api 编写包装器,还是绕过 OS 并直接写入硬件?您应该查看 WxWidgets 和 Qt 以了解项目的规模。
好吧,当我不再玩得开心时,我肯定会停下来,现在我这样做了,所以我会继续。我们会看到多久。不过,这与问题并不真正相关,如果我决定使用现有的 gui 框架,我的观点对我来说也很重要:imGUI 在非游戏环境中是否可行,如果是,对性能有何影响?
我现在看到我可能过于强调我自己的框架的一部分。我对性能影响感兴趣,无论我最终是否会使用其他人的框架。
@HansPassant您似乎暗示即时模式GUI只能使用CPU进行渲染,而不是GPU。我不明白为什么会这样,即时模式 GUI 中的“即时”实际上只适用于控制流以及您如何看待图形元素,如何渲染它们是不同的游戏。如果我没记错的话,两种方式都可以渲染,而且不限于 CPU。

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由于似乎仍然对这个问题感兴趣(从观点来看),我想我不妨发布一个更新。

我最终实现了一个即时模式的 GUI 作为我的硕士论文,并且在性能方面有一些数字。要点是:

很好 - 实施质量占主导地位,而不是系统特征。

与许多其他现有的保留模式 GUI 相比,我的即时模式实现通常执行得更快。范式之间的理论性能差异被大多数 GUI 非常未优化的事实所掩盖。总体而言,imgui 是一种完全可行的方法来创建响应快速且不会耗尽电池的 GUI。

我创建了一个包含大约 50% 的 UI 元素的 Spotify 克隆,并且渲染单个帧在微秒范围内。事实上,该应用程序始终使用少于 400 μs 的单个帧。在 60 Hz 显示器上启用 V-Sync 后,对于一个简单的实现,这相当于单核上大约 3% 的 CPU 负载(每 16 ms 400 μs)。此外,这 400 μs 中有相当一部分是由不会增加更多 UI 元素的负载的恒定因素造成的(例如,接收输入或设置不随 UI 复杂性扩展的 GPU 状态)。

我的完美主义者仍然不喜欢什么都不做的 GUI 会消耗周期这一事实,但好处是巨大的:当 GUI 被大量交互或调整窗口大小时,它仍然达到 400 微秒!这将许多现有的保留模式 GUI 彻底淘汰。尝试调整 Spotify、Windows Explorer、Visual Studio 或基本上任何其他桌面应用程序的大小,看看它是如何反应的,以理解我的意思。我的猜测是 Spotify 在我的 PC 上调整大小时会下降到大约 2 fps。

并且更改 UI 基本上是免费的。如果您在一帧中显示一百个按钮,然后在下一帧中将它们全部替换为文本框,那么性能仍然没有差异。保留模式的 GUI 在这种情况下往往会遇到困难。

还有三个想法:

大部分时间都花在了文本渲染上,其余的几乎无关紧要。如果你想进行大量优化,这将是重点。但即使很少优化,它也可以做得不错。

我怀疑性能上的巨大差异只能——甚至根本不能——通过保留模式和立即模式之间的差异来解释。例如,Spotify 为 UI 使用 Web 堆栈;那一定很慢。我猜,WPF、Win32 之类的软件之所以慢,是因为它们可以侥幸逃脱,或者是因为它们针对与我们现在使用的完全不同的硬件进行了优化。当然,他们也做得更多,但远远不足以证明差异是合理的。

我相信你可以制作一个比我的即时模式 GUI 快得多的保留模式 GUI。老实说,总的来说,这几乎没有什么动力,这有点可悲。我喜欢有效率的东西。

更新

由于有几个人问,我决定发表我的论文。

请注意,您将看到一些不适合公开发布的东西,并且没有达到我个人对公开发布软件的最低质量期望(这就是我一开始没有发布它的原因)。因此,请仅将其用于教育目的,而不是用于构建实际软件。我也不会支持。

下载内容包括论文本身(德语!)、一些预构建的 Windows 可执行文件和源代码(C++):

https://1drv.ms/u/s!AsdZfH5hzKtp9zy1YZtHgeSMApOp?e=FbxLUs

玩得开心!


三年来的答案。做得好!第一个问题:您是如何比较这两种范式的?第二个问题:您有项目实施细节的链接吗?谢谢!
我刚刚意识到我并没有真正回答您的第一个问题:首先,我从理论的角度对它们进行了比较:在 ImGUI 中,您描述了您希望 UI 具有的状态,在保留模式下,您指定了状态之间的转换。我不会深入研究它,但归结为:保留模式可以具有 n² 复杂性,而立即模式几乎保持线性。然后我构建了一个应用程序来比较其他保留模式应用程序的性能。这不是很科学,所以没有真正的知识,除了“它有效而且大多如此”(对于我的用例)。
我很高兴您没有接受评论中的建议,即您不应该自己编写 :) 干得好。
请在公开发表时分享您的论文:)
恭喜您登上 Hacker News:news.ycombinator.com/item?id=25624044请绝对考虑分享您的代码,即使它是“学术”质量。只有好的才能产生。此外,这正是 CRAPL 许可证的用途:p