Oyun motorlarında neden custom memory allocator kullanılır? Linear (arena), pool ve stack allocator nasıl çalışır?

Genel amaçlı malloc/new her boyuta ve her ömre uyacak şekilde tasarlanır; bu yüzden yavaş olabilir, kilit (lock) alır, fragmentasyon yaratır ve süresi tahmin edilemez. Oyunlar ise ömrü ve boyutu önceden bilinen çok sayıda tahsis yapar; özel allocator'lar bu bilgiyi kullanarak tahsisi neredeyse bedava hale getirir.

class FrameArena {
    std::byte* base; size_t cap; size_t offset = 0;
public:
    FrameArena(size_t size) : base(static_cast<std::byte*>(std::malloc(size))), cap(size) {}
    ~FrameArena() { std::free(base); }

    void* Alloc(size_t size, size_t align = alignof(std::max_align_t)) {
        size_t p = (offset + align - 1) & ~(align - 1);   // hizalama
        if (p + size > cap) return nullptr;               // veya assert
        offset = p + size;
        return base + p;
    }
    void Reset() { offset = 0; }   // her kare sonunda O(1)
};

Avantajlar: O(1) tahsis, sıfır fragmentasyon, iyi cache lokalitesi, kolay bellek bütçeleme ve sızıntı takibi.

Dikkat edilecekler:

• Arena'da destructor çağrılmaz; non-trivial nesneler için elle çağırmak gerekir.
• Reset sonrası eski pointer'lar dangling olur.
• Hizalamaya (alignment) uyulmalıdır, aksi halde SIMD tiplerinde crash veya yavaşlama olur.
• Multi-thread için thread-local arena'lar tercih edilir.

Unreal tarafında FMemStack, TInlineAllocator (küçük dizileri stack'te tutar) ve global olarak FMallocBinned bu fikirleri kullanır.