为什么 Ada 没有垃圾收集器？

Question

我知道 GC 在 Ada 开发时并不流行，对于嵌入式编程的主要用例来说，它仍然不是一个好的选择。

但考虑到 Ada 是一种通用编程语言，为什么在该语言的后续版本和编译器实现中没有引入部分可选（仅跟踪显式标记的内存对象）垃圾收集器。

我简直无法再考虑开发一个没有垃圾收集器的普通桌面应用程序。

Answer 1

Ada 的设计考虑了军事应用。其设计的首要任务之一是决定论。也就是说，人们希望 Ada 程序每次、在任何环境、在所有操作系统下始终以完全相同的方式执行......类似的事情。

垃圾收集器将一个应用程序变成两个应用程序，相互竞争。当 GC 决定开始工作时，Java 程序会随机出现问题，如果它太慢，则应用程序有时会耗尽堆，而其他时候则不会。

简化：垃圾收集器向程序中引入了设计者不希望的一些可变性。你把事情弄得一团糟——你把它清理干净！每次都是相同的代码，相同的行为。

请注意，并不是说《艾达》在全球范围内取得了巨大的成功。

Answer 2

因为 Ada 设计用于实时控制武器的防御系统，而垃圾收集会干扰应用程序的计时。这是很危险的，这就是为什么多年来 Java 都警告说它不能用于医疗保健和军事控制系统。

我相信Java不再有这样的免责声明的原因是因为底层硬件变得更快，而且Java有更好的GC算法和对GC更好的控制。

请记住，Ada 是在 1970 年代和 1980 年代开发的，当时计算机的功能远远不如今天，并且在控制应用程序中，计时问题至关重要。

Answer 3

首先，该语言中没有任何内容真正禁止垃圾收集。

其次，一些实现确实执行垃圾收集。特别是所有针对 JVM 垃圾收集的实现。

第三，有一种方法可以让所有编译器进行一定量的垃圾收集。您会看到，当访问类型超出范围时，如果您专门告诉语言留出一定量的空间来存储其对象，那么该空间将在此时被销毁。我过去曾使用过它来进行一些垃圾收集。您使用的声明 voodo 是：

type Foo is access Blah;
for Foo'storage_size use 100_000_000; --// 100K

如果您这样做，那么当 Foo 类型超出范围时，分配给 Foo 指针指向的 Blah 对象的所有（100K）内存将被清除。由于 Ada 允许您将子例程嵌套在其他子例程中，因此它的功能特别强大。

要详细了解 storage_size 和存储池可以为您做什么，请参阅 LRM 13.11

第四，编写良好的 Ada 程序不会像 C 程序那样依赖动态内存分配。 C 有许多设计漏洞，实践者学会了使用指针来弥补这些漏洞。其中很多习语在 Ada 中并不是必需的。

Answer 4

答案更复杂：由于实时限制等原因，Ada 不需要垃圾收集器。然而，该语言经过巧妙设计，可以实现垃圾收集器。

尽管许多（几乎所有）编译器不包含垃圾收集器，但有一些值得注意的实现：

• 针对 Java 虚拟机的 GNAT Ada 编译器的补丁
• （我不知道这些项目是否仍然受支持）。它使用了 JVM 的垃圾收集器。

网络上还有很多关于 Ada 垃圾收集的其他资源。这个主题已经被详细讨论过，主要是因为 90 年代中期与 Java 的激烈竞争（看看 此页：“Ada 95 是 Java 语言应有的样子”），在 Microsoft 开发 C# 之前，Java 是“下一个大事件”。

Answer 5

我想我应该分享一个如何实现 Free() 过程的非常简单的示例（它将以所有 C 程序员熟悉的方式使用）...

with Ada.Integer_Text_IO, Ada.Unchecked_Deallocation;
use Ada.Integer_Text_IO;

procedure Leak is
   type Int_Ptr is access Integer;
   procedure Free is new Ada.Unchecked_Deallocation (Integer, Int_Ptr);

   Ptr : Int_Ptr := null;
begin
   Ptr := new Integer'(123);
   Free (Ptr);
end Leak;

在程序末尾调用 Free 会将分配的 Integer 返回到存储池（C 语言中的“堆”）。您可以使用 valgrind 来证明这实际上可以防止 4 字节内存泄漏。

Ada.Unchecked_Deallocation（一个通用定义的过程）可以用于（我认为）任何可以使用“new”关键字分配的类型。 Ada 参考手册（“13.11.2 Unchecked Storage Deallocation”）有更多详细信息。

Answer 6

首先，我想知道现在谁在使用 Ada。我实际上很喜欢这门语言，甚至还有一个适用于 Linux/Ada 的 GUI 库，但我已经很多年没有听说过任何有关 Ada 积极开发的消息了。由于它与军事的联系，我真的不确定它是否有古老的历史，或者是否非常成功，以至于所有提到它的用途都是保密的。

我认为 Ada 中没有 GC 有几个原因。首先，也是最重要的，它可以追溯到大多数编译语言主要使用堆栈或静态内存，或者在少数情况下显式堆分配/释放的时代。 GC 作为一种通用哲学，大约在 1990 年左右才真正开始流行，当时 OOP、改进的内存管理算法和强大到足以腾出周期来运行它的处理器开始发挥作用。仅仅编译 Ada 就能对 1989 年的 IBM 4331 大型机造成无情的后果。现在我有了一部可以超越那台机器的CPU 的手机。

另一个很好的理由是，有人认为严格的程序设计包括对内存资源的精确控制，并且不应该容忍让动态获取的对象浮动。可悲的是，随着动态内存变得越来越普遍，太多的人最终导致了内存泄漏。另外，就像汇编语言相对于高级语言的“效率”，以及原始 JDBC 相对于 ORM 系统的“效率”一样，手动内存管理的“效率”随着规模的扩大而趋于反转（我见过 ORM 基准测试）其中 JDBC 等效项的效率只有一半）。我知道这违反直觉，但如今系统在全局优化大型应用程序方面要好得多，而且它们能够针对表面上的微小变化进行彻底的重新优化。包括基于检测到的动态重新平衡算法加载。

恐怕我不得不与那些说实时系统无法承受 GC 内存的人有所不同。 GC 不再每隔几分钟就会冻结整个系统。如今，我们有更智能的方法来回收记忆。

Answer 7

你的问题不正确。确实如此。请参阅为您处理 GC 的 ada.finalization 包。