关于 C++ 中垃圾回收的标记-清除（惰性方法）？

Question

我知道引用计数器技术，但从未听说过标记清除技术，直到今天，当我阅读《编程语言概念》一书时。
据书中所述：

垃圾收集的原始标记-清除过程的操作如下：运行时系统根据请求分配存储单元，并根据需要断开指针与单元的连接，而不考虑存储回收（允许垃圾累积），直到分配完所有可用的存储单元。细胞。此时，开始进行标记清除过程，收集堆中漂浮的所有垃圾。为了促进该过程，每个堆单元都有一个额外的指示位或字段供收集算法使用。

根据我有限的理解，C++ 库中的智能指针使用引用计数技术。我想知道 C++ 中有没有使用这种智能指针实现的库？由于这本书纯粹是理论性的，我无法想象如何实现。一个证明这个想法的例子将非常有价值。如果我错了，请纠正我。

谢谢，

Answer 1

在C++中使用垃圾收集有一个困难，那就是识别什么是指针，什么不是。

如果您可以调整编译器为每个对象类型提供此信息，那么您就完成了，但是如果您不能，那么您需要使用保守的方法：即扫描内存，搜索任何可能看起来像指针。这里还存在“位填充”的困难，即人们将位填充到指针中（高位在 64 位中大多未使用）或对两个不同的指针进行异或以“节省空间”。

现在，在 C++0x 中，标准委员会引入了标准 ABI 来帮助实现垃圾收集。在 n3225 中，您可以在20.9.11 指针安全 [util.dynamic.safety] 中找到它。当然，这是假设人们将为他们的类型实现这些函数：

void declare_reachable(void* p); // throw std::bad_alloc
template <typename T> T* undeclare_reachable(T* p) noexcept;

void declare_no_pointers(char* p, size_t n) noexcept;
void undeclare_no_pointers(char* p, size_t n) noexcept;

pointer_safety get_pointer_safety() noexcept;

实现时，它将授权您将任何垃圾收集方案（定义这些函数）插入您的应用程序中。当然，需要做一些工作才能在需要的地方实际提供这些操作。一种解决方案可能是简单地覆盖 new 和 delete 但它不考虑指针算术......

最后，垃圾收集有很多策略：引用计数（使用 Cycle检测算法）和标记和清除是主要的不同系统，但它们有不同的风格（是否为生成，是否为复制/压缩，...）。

Answer 2

尽管他们现在可能已经对其进行了升级，但 Mozilla Firefox 曾经使用一种混合方法，其中尽可能使用引用计数智能指针，并并行运行标记和清除垃圾收集器来清理引用循环。尽管我不完全确定，其他项目可能也采用了这种方法。

我看到 C++ 程序员避免这种类型的垃圾收集的主要原因是，这意味着对象析构函数将异步运行。这意味着，如果创建了任何占用重要资源（例如网络连接或物理硬件）的对象，则无法保证及时进行清理。此外，如果析构函数要访问共享资源，则必须非常小心地使用适当的同步，而在单线程、直接引用计数解决方案中，这是不必要的。

这种方法的另一个复杂性是 C++ 允许对指针进行原始算术运算，这使得垃圾收集器的实现变得非常复杂。保守地解决这个问题是可能的（例如，看看 Boehm GC），尽管它是构建此类系统的一个重大障碍。