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UE5:Unreal EngineのStructUtilについてまとめた前編

2025/05/21に公開

はじめに

StructUtilプラグインが UE5.5においてエンジンプラグインへと格上げされました。
本稿ではその使い方と活用事例についてまとめます。
主にC++実装サイドについて触れます。

StructUtilが晴れてエンジン公式プラグインとして標準化されたことで、サードパーティープラグインやオレオレライブラリから依存ライブラリとして簡単に使用できるようになりました。
StructUtilはめちゃくちゃ便利です。

本稿はその前編です。

`StructUtil`とは

StructUtilとは USTRUCT*をUPROPERTYとして利用できるようにする拡張機能です。

StructUtilを使用すれば、UPROPERTY() FFoo* FooPtr; を事実上実装可能になります。
USTRUCTではなくUSTRUCT*です。

背景

UPROPERTY() FFoo* Ptr{};はコンパイルエラーとなります。
構造体をUPROPERTY() にするには、データ実体を定義する必要があります。

// Foo.h
USTRUCT()
struct FFoo
{
    GENERATED_BODY();
    UPROPERTY() float FloatVal = 123.0f;
    int IntValue = 42;
}

// UMyObject.h
#include "Foo.h"

UCLASS()
class UMyObject : public UObject
{
    GENERATED_BODY();

    // 実体が必須
    UPROPERTY() FFoo Foo{};

    // コンパイルエラー
    UPROPERTY() FFoo* FooPtr{};
}

問題点

これの問題は、ポインタ型FFoo*でないために派生型を格納することができないことです。FFooを継承してFFoo2にカスタム拡張した構造体を差すことが出来ず拡張性に難があります。
次に依存性の問題もあります。UMyObjectは必ず FFooの完全型を必要とします。前方宣言struct FFoo;ではなく#include "Foo.h";が必要となります。UMyObjectを利用するものもまた#include "Foo.h";をすることになり、コンパイル時間が伸びていくこととなります。

従来手法

上記問題に対処するため、わざわざUObject*派生型を定義し,UPROPERTY() TObjectPtr<UFoo> Foo;にしていました。UObjectは大きなclassであるためメモリの無駄が大きい点が玉に瑕です。

他の回避手法として、

void* と型情報
union
TVariant

が考えられますが、UPROEPRTY()で扱えません。残念。

そこで、StructUtilを使用すれば、UPROPERTY() FFoo* FooPtr; を事実上実装可能になります。

StructUtilの主要型

FInstancedStruct
TInstancedStruct
FStructView
FConstStructView
FSharedStruct
FConstSharedStruct
TSharedStruct<T>
TConstSharedStruct<T>
FStructArrayView
FConstStructArrayView
FInstancedStructContainer

ひとつずつ触れていきましょう。

`FInstancedStruct`

StructUtilの中核の担う構造体です。

FInstancedStruct は型を保持したバイト配列です。
FInstancedStructは具象型Tを隠蔽しつつも、型付けすることによって、型安全にデータの読み書きができます。任意のUSTRUCTであるT型を内部で保持することができます。

これだけならば、ヘルパー構造体を自前実装すれば済むのですが、FInstancedStructの真骨頂はここからです。

UPROPERTYサポート
シリアライズサポート
Unreal Header Tool:UHTサポート
Detailsビューのようなエディタ統合のサポート
Blueprintサポート

Unreal Editor上で問題なく触れます。エディタ統合が公式になされているという点は強いです。

`FInstancedStruct` の使い方

Make<T>もしくはInitializeAs<T> で初期化して、 Get<T>で読みます。

USTRUCT()
struct FMySettings
{
    GENERATED_BODY()
    UPROPERTY() FName Name{};
    UPROPERTY() int Difficulty = 100;
}

void Main()
{
    FMySettings Settings
    {
        .Name = TEXT("Hogehoge"),
        .Difficulty = 100,
    };

    // 初期化
    const FInstancedStruct InstancedStruct = FInstancedStruct::Make<FMySettings>(Settings);

    // readonly アクセス
    FMySettings const& Settings = Data.Get<FMySettings>();

    // read-write アクセス
    FMySettings& MutableSettings = Data.GetMutable<FMySettings>();
}

`FInstancedStruct` の初期化

初期化方法はいくつかあります。どれを使ってもいいです。

USTRUCT()
struct FMySettings
{
    GENERATED_BODY()
    UPROPERTY() FName Name{};
    UPROPERTY() int Difficulty = 100;
}

void Main()
{
    // デフォルトコンストラクタ
    const FInstancedStruct Data = FInstancedStruct::Make<FMySettings>();
    ensure(Data.Difficulty = 100);

    // パラメータパックの完全転送によるコンストラクタ呼び出し
    const FInstancedStruct Data = FInstancedStruct::Make<FMySettings>(/*Name*/TEXT("Hogehoge"), /*Difficulty*/42);
    ensure(Data.Difficulty = 42);

    // const&　渡しによる値コピー
    FMySettings Settings0
    {
        .Name = TEXT("Hogehoge"),
        .Difficulty = 42,
    };
    FInstancedStruct Data = FInstancedStruct::Make<FMySettings>(Settings0);

    // 完全転送による初期化
    FInstancedStruct Data = FInstancedStruct::Make<FMySettings>(MoveTemp(Settings0));
    ensure(Data.Difficulty = 42);

    // デフォルトコンストラクタ
    FInstancedStruct Data;
    Data.InitializeAs<FMySettings>();
    ensure(Data.Difficulty = 100);

    // パラメータパックによるコンストラクタ呼び出し割り当て
    FInstancedStruct Data;
    Data.InitializeAs<FMySettings>(TEXT("Hogehoge"), 100));

    // const& 渡しによる値コピー
    FMySettings Settings1;
    FInstancedStruct Data;
    Data1.InitializeAs<FMySettings>(Settings1);

    // 右辺値参照による内部割り当て
    FInstancedStruct Data;
    Data.InitializeAs<FMySettings>(MoveTemp(Settings1));
}

Make<T>で作る方式がconst修飾できて一番良さそうな気がします。Make<T>は内部でInitializeAs<T>を呼び出しており、最適化されたら全部同じ処理になりそうなのでどれでもいいと思います。

`USTRUCT`型制約

型Tに指定できるのはUSTRUCT限定です。これは型情報を得るために UScriptStructが必要だからです。primitive型やnative型は使用できません。template型もだめです。

void Main()
{
    FInstancedStruct Data;
    // コンパイルエラー. primitive型はUSTRUCT型ではない
    Data.InitializeAs<int>(42);
    // コンパイルエラー. FVectorはUSTRUCT型ではない
    Data.InitializeAs<FVector>(FVector::OneVector);
    // コンパイルエラー. TArray<int>はUSTRUCT型ではない
    Data.InitializeAs<TArray<int>>({1,2,3});
}

こういうときは USTRUCTにラップします。継承だとUSTRUCTになれないので所有します。

// サードパーティ型
#include "opencv/matrix.h"
USTRUCT()
struct FOpenCVMat44
{
    GENERATED_BODY()

    // native型なので UPROPERTY()にはできないよ
    cv::Mat Mat{};
}

// 所有バージョン
USTRUCT()
struct FMyArray1
{
    GENERATED_BODY()
    UPROPERTY() TArray<int> Numbers{};
}

// 継承バージョン. これはダメ
// コンパイルエラー
USTRUCT()
struct FMyArray2 : public TArray<int>
{
    GENERATED_BODY()
}

void Main()
{
    FInstancedStruct Data0 = FInstancedStruct::Make<FOpenCVMat>();
    FInstancedStruct Data1 = FInstancedStruct::Make<FMyArray1>();
    Data1.GetMutable<FMyArray1>().Numbers.Add(1);
    Data1.GetMutable<FMyArray1>().Numbers.Add(2);
    Data1.GetMutable<FMyArray1>().Numbers.Add(3);
}

`FInstancedStruct` の保持

通常通り、UPROPERTY() FInsancedStruct InstancedStruct{};として持たせれば良いです。USTRUCTもUCLASSも変わりありません。

// structバージョン
USTRUCT()
struct FHolder
{
    GENERATED_BODY()

    UPROPERTY(EditAnywhere, meta = (BaseStruct = "/Script/MyProject.FFoo"))
    FInsancedStruct InstancedStruct{};
}

// classバージョン
UCLASS()
class UHolder : public UObject
{
    GENERATED_BODY()

    UPROPERTY(EditAnywhere, meta = (BaseStruct = "/Script/MyProject.FFoo"))
    FInsancedStruct InstancedStruct{};
}

BaseStruct メタデータを付与することでベース型を指定できます。

このあたりのエディタ連携・BP連携はヒストリア様の記事を見た方が早いです。
https://historia.co.jp/archives/38415/

`FInstancedStruct` は`UPROPERTY` 参照チェインを張る

非常に重要な神機能です。
親オブジェクトからUPROPERTY() FInstancedStructとして保持されるならば、T型のもつUPROPERTY() TObjectPtr<UObject> Object{}; への参照はちゃんとリンクします。
以下のコードをご覧ください。

USTRUCT()
struct FMyData
{
    GENERATED_BODY()

    UPROPERTY() TObjectPtr<AActor> Owner{};
    UPROPERTY() TObjectPtr<UObject> Object{};
}

UCLASS()
class AMyActor : AActor
{
    GENERATED_BODY()

protected:
    virtual void BeginPlay() override
    {
        //エディタもしくはコンストラクタで FMyData派生型で初期化されているはず
        AnyData.Get<FMyData>().Owner = this;
        AnyData.Get<FMyData>().Object = NewObject<UObject>(this);
    }

    virtual void EndPlay() override
    {
        FMyData* MyData = AnyData.GetMutable<FMyData>();

        // 参照が追跡されているのでGCされていない
        ensure(IsValid(MyData.Object));
        ensure(IsValid(MyData.Owner));

        MyData.Object = nullptr;
        MyData.Owner = nullptr;
    }

private:
    // UPROPERTY()として追跡できるよ！
    UPROPERTY(EditAnywhere, meta = (BaseStruct = "/Script/MyProject.FMyData"))
    FInstancedStruct AnyData{};
}

Level→AMyActor→AMyActor::AnyData→FMyData→FMyData::Object という流れで参照チェインが到達可能です。そのため、自前でNewObjectしたFMyData::Objectに格納された参照はGC回収を妨げます。これこそが FInstancedStructの醍醐味でしょう。

これまでTObjectPtrを持つデータ型は参照チェインを張るために

FGCObjectを継承してAddReferenceObjectを実装する
UObjectを継承する

等の必要がありましたが、直接Plain Old Data:PODな構造体として定義し、FInstancedStructに格納できます。UObjectを継承しないことでメモリサイズを大きく削減できることになります。

コンテナに格納しても参照チェインは張られるよ

TArray, TMap, TSetなどUPROPERTY()対応済みコンテナに入れても大丈夫です。

// UPROPERTY()として追跡できるよ！
UPROPERTY()
TArray<FInstanceStruct> AnyDataArray;

// UPROPERTY()として追跡できるよ！
UPROPERTY()
TMap<FName, FInstanceStruct> AnyDataMap;

`FInstancedStruct` はBP関数対応

BlueprintCallableなUFUNCTIONに渡せます。
Delegateの引数にも取れます。

TInstancedStruct<T>も同様です。


DECLARE_DYNAMIC_MULTICAST_DELEGATE_OneParam(FMyDelegate, const FInstancedStruct&, Data);
DECLARE_DYNAMIC_MULTICAST_DELEGATE_OneParam(FMyDelegateT, const TInstancedStruct<FMyBase>&, Data);

UCLASS()
class UHoge : public UObject
{
public:
    GENERATED_BODY()
	
    UFUNCTION(BlueprintCallable)
    void SetData(FInstancedStruct AnyData)
    {
        Data = AnyData;
        OnDataChanged.Broadcast(AnyData);
    }

    UFUNCTION(BlueprintCallable)
    void SetData2(const FInstancedStruct& AnyData)
    {
        Data = AnyData;
        OnDataChanged.Broadcast(AnyData);
    }

    UFUNCTION(BlueprintCallable)
    void SetData3(TInstancedStruct<FMyBase> AnyData)
    {
        DataT = AnyData;
        OnDataChangedT.Broadcast(AnyData);
    }

    UFUNCTION(BlueprintCallable)
    void SetData4(TInstancedStruct<FMyBase> AnyData)
    {
        DataT = AnyData;
        OnDataChangedT.Broadcast(AnyData);
    }

    UFUNCTION(BlueprintCallable)
    FInstancedStruct GetData1() const {return Data;}

    UFUNCTION(BlueprintCallable)
    const FInstancedStruct& GetData2() const {return Data;}

    UFUNCTION(BlueprintCallable)
    TInstancedStruct<FMyBase> GetData3() const {return DataT;}

    UFUNCTION(BlueprintCallable)
    const TInstancedStruct<FMyBase>& GetData4() const {return DataT;}

    UPROPERTY()
    FInstancedStruct Data;
    UPROPERTY()
    TInstancedStruct<FMyBase> DataT;

    UPROPERTY(BlueprintAssignable)
    FMyDelegate OnDataChanged;

    UPROPERTY(BlueprintAssignable)
    FMyDelegateT OnDataChangedT;
};

`FInstancedStruct` の読み書き

Get<T>、GetMutable<T>を使います。実行時チェックが入っており型安全です。内部型と異なる型を与えるとcheckで止まります。

GetPtr<T>, GetMutablePtr<T> は型が異なるとき(キャストに失敗したとき)はnullptrを返します。型がよくわからないときはコレでチェックできます。

USTRUCT() struct FFoo : {GENERATED_BODY() };
USTRUCT() struct FFoo2 : public FFoo {GENERATED_BODY() };
USTRUCT() struct FBar : { GENERATED_BODY() };

void Main()
{
    FInstancedStruct Data;
    Data.InitializeAs<FFoo>();

    // 例外! FFoo型はFBar型と継承関係にないので checkに引っかかる
    const FBar& Bar = Data.Get<FBar>();

    // 例外! FFoo型はFBar型と継承関係にないので checkに引っかかる
    FBar& Vec = Data.GetMutable<FBar>();

    // チェックして使う
    if( FFoo* Ptr = Data.GetPtr<FFoo>())
    {
        Ptr->...;
    }
    else if(FFoo2 Ptr = Data.GetPtr<FFoo2>())
    {
        Ptr->...;
    }
}

`FInstancedStruct` のCopyはDeepCopy

operator=やコピーコンストラクタによるコピーはDeepCopyです。

// 1KiBの構造体
USTRUCT()
struct FBigData1024{ GENERATED_BODY() uint8 Data[1024]{}; }

// 1KiBのMalloc
FInstancedStruct InstanceA = FInstancedStruct::Make<FBigData1024>();
InstanceA.GetMutable().Data[0] = 0xff;

// 1KiBのMallocを行いそこに書き込む
// FBidData1024はBlittableな構造体なのでそのままコピーされる
FInstancedStruct InstanceB = InstanceA;

ensure(InstanceA.GetPtr() != InstanceB.GetPtr());
ensure(InstanceB.GetMutable().Data[0] == 0xff);

迂闊に無駄なコピーをしないよう注意が必要です。ラムダキャプチャ時など明示的にコピーしたいときはコピーキャプチャを、転送したいときはMoveTempで送ってください。
この辺はTArrayの扱いと同様です。

`FInstancedStruct` の詳解

ここからが本題です。

FInstancedStruct の実体は型情報とバイト列のペアです。ポインタを2つだけ持つ構造体ですのでsizeof(FInstancedStruct) は 64bit環境で16バイトです。

以下疑似コードです。

USTRUCT()
struct FInstancedStruct
{
    // リフレクションシステムによる型情報
    const UScriptStruct* StructClass{};
    // データ実体
    uint8* Memory{};
}

仕組みは非常に単純で、初期化時にsizeof(T)の分だけメモリを割り当てて、データ領域を構築します。読み書きするときは T型にreinterpret_castすることでアクセスします。

以下疑似コードです。

struct FInstancedStruct
{
    // 初期化
    template<class T, typename... TArgs>
    void InitializeAs<T>(TArgs&&... InArgs)
    {
        // alignof(T)のアラインメントでsizeof(T)のメモリを確保
        this->Memory = FMemory::Malloc(sizeof(T), alignof(T)));
        // 完全転送 と placement new で構築する
        new (Memory) T(Forward(InArgs)...);
    }

    // デストラクタ
    ~FInstancedStruct()
    {
        //先頭アドレスをT*にキャストしてデストラクタ呼び出し
        reinterpret_cast<T*>(Memory)->~T(); 
        // メモリ解放
        FMemory::Free(Memory);
    }

private:
    const UScriptStruct* StructClass{};
    uint8* Memory{};
}

データ実体はヒープ上にメモリ割り当てが行われてT型に構築されるという点を抑えておけばOKです。そして実体がuint8*であるにもかかわらず適切にT*としてシリアライズされたりリフレクションから辿れるすごい奴ということです。

`TInstancedStruct`

一言でいえば、TSubclassOf<T>の USTRUCTバージョンです。

FInstancedStruct は任意のUSTRUCTが格納できました。
任意のUSTRUCTを格納できるということは、逆に言えば何でもかんでも格納できてしまう、ということです。FInstancedStructに格納する型T は実行時に何度でも変更できます。InitializeAs<T1>で初期化した後、InitializeAs<T2>で同じインスタンスを別の型に初期化しなおすことが可能です。実行時型付けということは静的解析できませんし、特定の型に制約出来た方が取り回しは良くなることがあります。

TInstancedStruct はこの点を解決しています。
TInstancedStruct は FInstancedStruct を型付けするthinラッパーなtemplateクラスです。
TInstancedStruct<T1> は型T1の派生型のみを受け付け、TInstancedStruct<T2>は型T2の派生型のみを受け付けます。

`TInstancedStruct<T>`の初期化

FInstancedStructと同様です。
ただし、templateクラスなのでコンパイル時に静的チェックできます。

少しややこしいのですが、型パラメータTBaseの派生型TDerrievedで InitializeAsできます。

USTRUCT() struct FMyBase{ GENERATED_BODY() };
USTRUCT() struct FMyDerivedA : public FMyBase { GENERATED_BODY() };
USTRUCT() struct FMyDerivedAA : public FMyDerivedA { GENERATED_BODY() };
USTRUCT() struct FMyDerivedB : public FMyBase { GENERATED_BODY() };

void Main()
{
    // 型パラメータがFMyDerivedAであることに注意
    TInstancedStruct<FMyDerivedA> ASubClass;

    // OK. 型パラメータと同じ型
    ASubClass.InitializeAs<FMyDerivedA>();

    // OK. 型パラメータの派生型
    ASubClass.InitializeAs<FMyDerivedAA>();

    // コンパイルエラー!
    // FMyBaseは FMyDerivedA のベースクラスであってサブクラスではない
    ASubClass.InitializeAs<FMyBase>();

    // コンパイルエラー!
    // FMyDerivedBは 共通の祖先をもつが、FMyDerivedAのサブクラスではない
    ASubClass.InitializeAs<FMyDerivedB>();
}

`TInstancedStruct<T>`の読み書き

GetするときはInitializeAsで与えた型と一致させましょう。
格納されている型が派生型か確信が持てないときは GetPtr<T>でチェックしてください。

void Main()
{
    // TInstancedStruct<FMyDerivedA> を FMyDerivedAA で初期化してよい.
    TInstancedStruct<FMyDerivedA> ASubClass;
    ASubClass.InitializeAs<FMyDerivedAA>();

    // 型パラメータを省略してGetできるのは FMyDerivedA型
    const FMyDerivedA& DerivedA = ASubClass.Get();

    // 派生型は明示的に指定すればOK
    const FMyDerivedAA& DerivedAA = ASubClass.Get<FMyDerivedAA>();

    // コンパイルエラー. アップキャスト方向はできない
    // std::is_base_of_vを満たせないから
    const FMyBase& Base = ASubClass.Get<FMyBase>();
}

`TInstancedStruct<T>`は`UPROPERTY`サポート

templateクラスではありますが、UPROEPRTY()に対応しています。
Unreal Header Tool で直接名指しでサポートされています。

UCLASS()
class UHoge : public UObject
{
    GENERATED_BODY()

    // FMyDerivedA と FMyDerivedAAが格納できる
    UPROPERTY(EditAnywhere, Category = Foo)
    TInstancedStruct<FMyDerivedA> A_SubClass;

    // FMyDerivedB を格納できる
    UPROPERTY(EditAnywhere, Category = Foo)
    TInstancedStruct<FMyDerivedB> B_SubClass;
}

仕組みとしては FInstanceStructの UPROPERTY対応にそのままのっかっているようです。

`TInstancedStruct<T>`は自動でメタタグ付与する

UPROPERTY() TInstancedStructにはUHT経由で自動的に型Tに対するBaseStructメタタグが付与されます。楽ちんです。

逆に、手動でBaseStructメタタグを付与しようとするとコンパイルエラーとなります。

tempalte<typename T>
struct TInstancedStruct
{
    UPROPERTY( meta = (BaseStruct = "ここに型Tの名前が自動で記載される仕組みみたい")))
    FInstancedStruct Struct;
}

`TInstancedStruct<T>`の型エイリアスはダメ

UHTサポートは"TInstancedStruct"という文字列に対する名指しなので型エイリアスは使えません。

using FMyInstancedBase = TInstancedStruct<FSuperUltraLongLongName>;

UCLASS()
class FFoo
{
    // コンパイルエラー
    // FMyInstancedBase は `USTURCT`でないからわからない
    UPROPERTY(EditAnywhere)
    FMyInstancedBase Base;

    // 本名で記載するべし
    UPROPERTY(EditAnywhere)
    TInstancedStruct<FMyBase> Base;
}

`TInstancedStruct<T>`を拡張するなら所有しかない

もし拡張したい場合は所有します。継承するとUSTRUCTにはできません。

USTRUCT()
struct FMyInstancedBaseEx
{
    GENERATED_BODY()

    UPROPERTY(EditAnywhere)
    TInstancedStruct<FMyBase> Base;

    UPROPERTY(EditAnywhere)
    int ExtraValue = 42;
};

// コンパイルエラー. 継承元がUSTRUCTじゃないから USTRUCTになれない
USTRUCT()
struct FMyInstancedBaseEx : public TInstancedStruct<FMyBase>
{
    GENERATED_BODY()
};

`TInstancedStruct<T>`は不完全型 OK

前方宣言でOKです。依存性の連鎖を下げられます。

UCLASS()
class UHoge : public UObject
{
    GENERATED_BODY()

    // 不完全型で型指定してよい
    UPROPERTY(EditAnywhere)
    TInstancedStruct<struct FIncompleteType> Incomplete;
};

`FInstancedStruct` vs `TInstancedStruct<T>`

ガイドライン

基本性能や使い方はどちらも同じです。一番の違いは型情報をコンパイル時に与えるか否かです。可能であるならば、TInstancedStruct<T>の方が型安全です。格納する内部型Tが分かっているならばTInstancedStruct<T>で型付けした方がよいです。

プラグイン開発などで、本当にあらゆる型を受けいれたい場合はFInstancedStructを使います。Blueprintクラスを受け入れたいときも FInstancedStructになるでしょう。C++ビルド時にBPクラスはまだ存在しませんから。しかしながら、BPクラスの基底クラスがAMyActorBaseのように定められる状況であれば、TInstancedStruct<AMyActorBase>の方が強いでしょう。

実例としてStateTreeプラグインは任意のユーザー型を引き回すためにFInstancedStructを多用しています。状態遷移を組むときにどのような情報が必要になるかを決定できないからですね。

`TInstancedStruct<T>`も`FInstancedStruct`もStructOps対応

FInstancedStruct には struct TStructOpsTypeTraits<FInstancedStruct> が定義されています。
Serialize関数やNetDeltaSerialize等全て備えているので、隙がありません。
つまりReplicationも簡単ってこと。

template<>
struct TStructOpsTypeTraits<FInstancedStruct> : public TStructOpsTypeTraitsBase2<FInstancedStruct>
{
	enum
	{
		WithSerializer = true,
		WithIdentical = true,
		WithExportTextItem = true,
		WithImportTextItem = true,
		WithAddStructReferencedObjects = true,
		WithStructuredSerializeFromMismatchedTag = true,
		WithGetPreloadDependencies = true,
		WithNetSerializer = true,
		WithFindInnerPropertyInstance = true,
		WithClearOnFinishDestroy = true,
		WithVisitor = true,
	};
};

`TInstancedStruct<T>` 詳解

本題その２です。

といってもあまり書くことはありません。ほとんど FInstancedStruct の機能にのっているからです。

`TInstancedStruct<T>` は `FInstancedStruct`として扱われる

リフレクション層では TInstanedStruct は FInstancedStructとして扱われます(!)

疑似コード

template<class T>
struct TInstancedStruct
{
    FInstancedStruct InstancedStruct;
}

このようにFInstancedStructを所有しているだけなので、FInstancedStructにreinter_pretキャストできます。リフレクション機能などは FInstancedStructにキャストしてしまって、FInstancedStruct用のAPIを利用しているようです(!)

もしTInstancedStructをエンジン改造する際はメモリレイアウトが1byteも変わらないようにしないといけませんね。

`TInstancedStruct<T>` の UHTサポート

TInstancedStructはUHT側にて名指しでサポートされています。

UHTが自動で BaseStructmetaデータを付与します。
C++ファイル解析により、型パラメータとして与えられたUSTRUCTが判明しているので、プロパティを付与しています。
そられのプロパティ情報を使用して、最終的に gen.cpp に書き込まれるのでしょう。(あんまり追いかけてない)

UhtStructProperty.cs に実装が存在しますので、詳しくそちらをご覧ください。

UhtStructProperty.cs

[UhtPropertyType(Keyword = "TInstancedStruct")]
private static UhtProperty? InstancedStructProperty(...)
{
    // ...
}

`TInstancedStruct<T>` の型情報の静的チェック

is_base_ofなどC++のtype_traitsをバリバリ使っています。

Make<T>, InitializeAs<T>, Get<T>といったtemplate関数は型TがUSTRUCTであるか、初期化時に指定した型の制約を満たしているかを静的チェックしています。誤った型を使って初期化できないようになっています。静的解析ですので、コンパイルエラーとなります。初期化で与えるコンストラクタ引数も適合するコンストラクタがなければコンパイルエラーとなります。

TInstancedStruct<T>はコンパイル時に型情報が確定するので、静的チェックに強いです。
可能であるならば、FInsatncedStructを使うよりも TInstancedStruct<T>の方が便利です。

`TInstancedStruct<T>` の型情報の実行時チェック

BP構造体やユーザー構造体を受ける場合など、コンパイル時に決定できないことがあります。
その場合でもFInstancedStructは型情報を保持しているため、 Get<T>で与えた型が初期化時の型Tとコンパチブルかcheckしています。
未定義動作で生動きする危険が大幅に減りました。

`FStructView` と `FConstStructView`

FStructView と FConstStructViewはほぼ同じです。FStructView は FConstStructViewと異なり Tを書き換えられるだけです。
そのためFConstStructViewについて説明します。

FConstStructViewは構造体へ型付けされたFInsancedStruct に対応する、readonlyなビューです。
FInsancedStructと異なり、こちらはメモリを所有しません。メモリ領域の先頭アドレスを保持してT型でアクセスするだけです。

ちいさな値オブジェクトです。そのデータ実体がどこにあるかを隠蔽しつつデータを扱いたい場合に利用します。生ポインタT*と何が違うのかというと、型情報を持っている分、生ポよりも型安全です。

データ実体がどこにあるかを隠蔽するので、

スタック領域
ヒープ領域
静的メモリ領域
メンバーフィールド
TArrayの部分区間

だろうがなんだろうが、とにかく生ポ代わりに構造体を渡す操作をしたいときに使えます。

View のreadonly 参照

書き換えられません。
Getでは const Tしか得られません。

void Use(FInstancedStruct& InstancedStruct)
{
    FConstStructView View(InstancedStruct);

    // 型パラメータにはconst修飾すること
    const FMyBase& ReadonlyRef = View.Get<const FMyBase>();
    const FMyBase* ReadonlyPtr = View.GetPtr<const FMyBase>();

    // 型パラメータのconst修飾を省くと警告でる.
    const FMyBase& ReadonlyRef = View.Get<FMyBase>();
}

余談ですが、FConstStructView自体はmutableです。

void Use(FInstancedStruct& InstancedStruct)
{
    FConstStructView View(InstancedStruct);
    ensure(View.IsValid() == true);

    // 内部ポインタをnullptrにする
    View.Reset();
    ensure(View.IsValid() == false);
}

Viewをcopyレスに渡す

FInstancedStruct のコピーはメモリをDeepCopyしていました。
FConstStructViewはコピーせずに同じメモリ領域へのreadonly参照を提供します。

コンストラクタの引数に渡すことで作成できます。

FInstancedStruct Instance;
FConstStructView View = FConstStructView(Instance);

小さなオブジェクトなのでオブジェクトの値渡しでＯＫです。下手に参照渡しにするよりも値渡しでＯＫです。ビューですから。

static void PassByValue(FConstStructView View){} //値渡しでOK
static void PassByRef(FConstStructView& RefView){} //参照渡しにする意義がない
static void PassByRValue(FConstStructView&& RefView){} //転送する意義がない

static void Main()
{
    FInstancedStruct Instance;
    FConstStructView View = FConstStructView(Instance);
    PassByValue(View);

    // ワンライナーで渡すことが多いかも
    PassByValue(FConstStructView(Instance));
}

意味論的にビューは「メモリの所有権を持たない」、と契約していることが重要です。
生ポインタだと所有権を持っているかどうかは判断できませんが、ビューならば持たないことは確実です。

ユーザーはビューが指し示すメモリ領域の寿命を知りません。そのため、FConstStructViewが渡されたときその寿命は関数スコープだと考えるべきです。
ラムダキャプチャしたりMoveTempで送るときは気を付けましょう。

Viewから意図的にDeepCopyできる

ワーカースレッドに渡したりキューに溜めるときにビューのままだと困ります。そういうときは FInstancedStructに戻してコピーします。
具象型を知らずにデータをデータのまま扱えます。

TQueue<FInstancedStruct> Queue;

void Enqueue(FConstStructView PayloadView)
{
    // コンストラクタでビューからコピー
    FInstancedStruct Copy = FInstancedStruct(PalyloadView);
    Queue.Enqueue(Copy);

    // FConstStructViewからFInstancedStructへの暗黙的な型変換はできない
    Queue.Enqueue(PayloadView);
}

Viewをstackメモリ領域から作る

ビューはメモリ領域を隠蔽しますので、メモリがどこに存在していても寿命にさえ気を付ければ問題ありません。データが十分に小さかったり、寿命が短かったり、一時的なデータであるなど、条件を満たせばmallocレスで使用できます。static領域であるなら寿命は気にしなくすみます。


USTRUCT()
struct FFoo
{
    GENERATED_BODY()
    UPROPERTY() int32 Value;
}

TFunction<void(FConstStructView View)> OnDataChanged;

// 送信側はmallocなしで送ってもいい.
void Publish()
{
    // 一時変数としてスタックメモリ上にインスタンスを構築
    FFoo Foo{.Value = 42};

    // スタックメモリ上のアドレスを指してViewに変換
    FConstStructView PayloadView(FFoo::StaticStruct(), reinterpret_cast<const uint8*>(&Foo));

    // 送信
    OnDataChanged(PayloadView);

}// ここでFooの寿命が尽きる

// 受信側はメモリ領域を意識しなくていい
void Receiver()
{
    OnDataChanged = [](FConstStructView View)
    {
        int32 Value = View.Get<FFoo>().Value;
        ensure(Value == 42);
    }
}

無駄な一時オブジェクトのmallocやコピーを省略しており、効率的です。
Delegateを利用する側はメモリ領域を意識する必要がありません。
FStructViewのみに依存すればいいです。具象型Tも自身の興味ある型だけでよいです。

つづく

GitHubで編集を提案

はじめに

StructUtilとは

背景

問題点

従来手法

StructUtilの主要型

FInstancedStruct

FInstancedStruct の使い方

FInstancedStruct の初期化

USTRUCT型制約

FInstancedStruct の保持

FInstancedStruct はUPROPERTY 参照チェインを張る

コンテナに格納しても参照チェインは張られるよ

FInstancedStruct はBP関数対応

FInstancedStruct の読み書き

FInstancedStruct のCopyはDeepCopy

FInstancedStruct の詳解

TInstancedStruct

TInstancedStruct<T>の初期化

TInstancedStruct<T>の読み書き

TInstancedStruct<T>はUPROPERTYサポート

TInstancedStruct<T>は自動でメタタグ付与する

TInstancedStruct<T>の型エイリアスはダメ

TInstancedStruct<T>を拡張するなら所有しかない

TInstancedStruct<T>は不完全型 OK

FInstancedStruct vs TInstancedStruct<T>

TInstancedStruct<T>もFInstancedStructもStructOps対応

TInstancedStruct<T> 詳解

TInstancedStruct<T> は FInstancedStructとして扱われる

TInstancedStruct<T> の UHTサポート

TInstancedStruct<T> の型情報の静的チェック

TInstancedStruct<T> の型情報の実行時チェック

FStructView と FConstStructView