Zastanawiałeś się kiedyś, jak twoja przeglądarka internetowa "rozumie", gdzie znaleźć stronę, którą chcesz odwiedzić, albo jak Counter-Strike: Global Offensive (CS:GO) wie, gdzie na mapie jest baza terrorystów? Wszystko to kręci się wokół adresów – ale nie tych z ulic i numerów domów. Mówimy o adresach w pamięci komputera. Konkretnie, o rzeczach takich jak Kod, Dane, Stos i Sterta (Na Wh), oraz o tym, jak te koncepcje wpływają na działanie gier takich jak CS:GO.
Czym są Kod, Dane, Stos i Sterta?
Wyobraź sobie, że komputer to gigantyczna biblioteka. W tej bibliotece trzeba gdzieś przechowywać książki (dane), instrukcje, jak czytać (kod), oraz notatki (stos i sterta) używane podczas czytania. Kod, Dane, Stos i Sterta to fundamentalne segmenty pamięci, gdzie przechowywane są te różne rodzaje "informacji".
Kod (Code)
Kod to po prostu zbiór instrukcji, które komputer ma wykonać. To tak jak przepis na ciasto. Mówi komputerowi, co ma robić krok po kroku. W CS:GO, kod zawiera instrukcje dotyczące tego, jak renderować grafikę, przetwarzać input z klawiatury i myszy, zarządzać dźwiękiem, fizyką gry i logiką rozgrywki (np. kto wygrał rundę). Kod jest generalnie tylko do odczytu (read-only) i umieszczony w bezpiecznym obszarze pamięci, aby przypadkowe zmiany w danych nie uszkodziły programu.
Przykład: Kod odpowiada za narysowanie twojej postaci, obliczenie trajektorii pocisku lub sprawdzenie, czy trafiłeś w przeciwnika.
Dane (Data)
Dane to zmienne i stałe, które są używane przez kod. To składniki ciasta w naszym przepisie. Może to być cokolwiek, od ustawień konfiguracyjnych gry (np. głośność) po zmienne przechowujące statystyki gracza (np. liczba zabójstw, poziom zdrowia) czy tekstury używane do renderowania map. Dane dzielą się na dane zainicjalizowane (mające ustaloną wartość na początku programu) i dane niezainicjalizowane (które przyjmują wartość domyślną lub są wypełniane później). Dane mogą być modyfikowane przez działający kod.
Przykład: Pozycja twojej postaci na mapie, ilość amunicji, jaką masz w magazynku, albo kolor twojego celownika – to wszystko są dane.
Stos (Stack)
Stos to obszar pamięci używany do przechowywania zmiennych lokalnych, argumentów funkcji i adresów powrotnych podczas wywoływania funkcji. Wyobraź sobie stos jako stertę talerzy. Kładziesz nowy talerz na wierzch (push) i zdejmujesz go z wierzchu (pop). Działa na zasadzie LIFO (Last-In, First-Out) – ostatni element dodany na stos jest pierwszym, który z niego zdejmiesz. Stos jest zarządzany automatycznie przez kompilator i system operacyjny. Jest szybki, ale ma ograniczoną wielkość. Kiedy wywołujesz funkcję w programie, informacje o tej funkcji (np. zmienne lokalne) są odkładane na stos. Kiedy funkcja kończy działanie, te informacje są zdejmowane ze stosu.
Przykład: Kiedy w CS:GO włączasz funkcję celowania (ADS - Aim Down Sights), informacje o tym, jak ma się zmienić twój widok i celownik, są tymczasowo przechowywane na stosie.
Sterta (Heap)
Sterta to obszar pamięci, który jest używany do dynamicznej alokacji pamięci. To tak jak plac budowy, gdzie możesz zarezerwować miejsce na nowe budynki (obiekty) w dowolnym momencie. Sterta jest zarządzana przez programistę za pomocą funkcji takich jak malloc() i free() w języku C, lub operatorów new i delete w C++. Jest wolniejsza od stosu, ale pozwala na alokację dużej ilości pamięci w trakcie działania programu. Jest to szczególnie przydatne, gdy nie wiesz z góry, ile pamięci będziesz potrzebować.
Przykład: W CS:GO, serwer może używać sterty do dynamicznego tworzenia i usuwania obiektów reprezentujących graczy, pociski lub efekty specjalne. Na przykład, gdy nowy gracz dołącza do gry, serwer alokuje pamięć na stercie, aby przechowywać informacje o tym graczu (np. jego nick, statystyki, pozycję). Kiedy gracz opuszcza grę, ta pamięć jest zwalniana.
Jak to wszystko łączy się w CS:GO?
Gdy uruchamiasz CS:GO, kod gry jest ładowany do obszaru kodu. Grafika, modele, tekstury, konfiguracje gry i inne zasoby są ładowane do obszaru danych. Kiedy zaczynasz grać, system operacyjny tworzy stos dla twojego programu. Podczas rozgrywki, gdy potrzebujesz więcej pamięci na dynamicznie tworzone obiekty (np. pociski, efekty cząsteczkowe), program korzysta ze sterty. Algorytmy gry (w kodzie) operują na tych danych, wykorzystując stos do zarządzania wywołaniami funkcji, a stertę do tworzenia i usuwania obiektów. Np. algorytm detekcji kolizji pocisku operuje na danych pozycji graczy i pozycji pocisku. Te dane mogą być przechowywane na stercie i czasowo umieszczane na stosie podczas wywoływania funkcji obliczających kolizję.
Przykładowo, kiedy strzelasz z AWP, kod odpowiedzialny za symulację lotu pocisku używa danych (np. siła wiatru, opór powietrza, prędkość początkowa pocisku). Wyniki tych obliczeń (np. aktualna pozycja pocisku) są przechowywane tymczasowo na stosie podczas wykonywania funkcji obliczających pozycję pocisku. Pamięć potrzebna na reprezentację pocisku (model, tekstury, pozycja) jest alokowana na stercie.
Dlaczego to jest ważne?
Zrozumienie, jak komputer zarządza pamięcią, jest kluczowe dla programistów, szczególnie tych tworzących gry. Efektywne zarządzanie pamięcią pozwala na tworzenie szybszych, bardziej stabilnych i mniej podatnych na błędy aplikacji. Wycieki pamięci (kiedy program alokuje pamięć na stercie, ale jej nie zwalnia) mogą prowadzić do spowolnienia działania programu, a nawet jego zawieszenia. Próby dostępu do pamięci poza przydzielonym obszarem (np. próba zapisu do obszaru kodu) mogą powodować błędy segmentacji (segmentation fault) i zatrzymanie programu. W grach takich jak CS:GO, gdzie liczy się każda milisekunda, optymalizacja pamięci jest kluczowa dla zapewnienia płynnej rozgrywki.
Ponadto, znajomość tych pojęć pomaga w rozumieniu zasad działania systemów operacyjnych i języków programowania. Daje podstawy do rozwiązywania problemów związanych z wydajnością aplikacji i optymalizacją kodu.
Podsumowując, Kod, Dane, Stos i Sterta to cztery podstawowe segmenty pamięci, które są wykorzystywane przez komputery do uruchamiania programów. Kod zawiera instrukcje, Dane przechowują zmienne i stałe, Stos zarządza wywołaniami funkcji, a Sterta pozwala na dynamiczną alokację pamięci. Zrozumienie tych pojęć jest kluczowe dla programistów, a także przydatne dla każdego, kto chce lepiej zrozumieć, jak działa komputer.
