垃圾回收�Q�C++资源��理杂谈(转蝲)

��不懂^_^ — Thu, 25 Jan 2007 04:07:00 GMT

说到 C/C++ 的资源管理，��Z�h都会头痛半天。自�?/span> C++0x �Q�就�?/span> C++09 了）标准漏出风声之后�Q?/span> C++ 标准是否会引入自动垃圑֛�收机制就成�ؓ了众�?/span> C++ 爱好者谈论的话题。但是实际上�Q�在 C++ 标准的探索上�Q�垃圑֛�收一直处在一个十分低下的��C��。造成其这一处境的原因很多，也很复杂。我们来看看站在 C++ �E�序员的角度上看�Q�资源管理机制现在所面��的局�ѝ�?/span>

从系�l�结构上来讲�Q?/span> C/C++ 支持 3 �U�内存管理方式，��Z��栈的自动��理�Q�基于堆的动态管理，和基于全局区的静态管理。由�?/span> RAII 的理念，对于 C++ 来说�Q�内存管理和其他资源��理本质上没有区别。因此对于资源而言�Q�也��p��然的拥有�q�样 3 �U�管理方式�?/span>

首先��要的介绍一�?/span> RAII �?/span> RAII 的全�U�是 Resource Acquisition Is initialization 。这个思想的基本手法是对于一�U�想要��用的资源�Q��ؓ其书写一�?/span> guard �c�，在该�cȝ��构造函数里�q�行资源的请求，在析构函数里�q�行资源的释放。例如假设我们想��理一个互斥锁�Q�可能的方式是：

struct lock_guard
{
lock_guard() { lock ();}
~ lock_guard() {unlock();}
} ;

此后�Q�对�q�个对象使用什么内存管理方式，也就�{��h于对�q�个互斥锁��用什么内存管理方式�?/p>

借助�?/span> RAII �Q�以后我们可以只讨论内存资源的管理方式，其它资源的管理方式可以��?/span> RAII 来同��L��实现。现在我们已�l�很自然的获得了资源��理�?/span> 3 �U�方式：��Z��堆的动态方式、基于栈的自动方式和全局。值得一提的是，�q?/span> 3 �U�方式中比较不容易出错的后两�U�实际上可以解决大部分的资源��理需求。因为绝大部分资源，都属于获�?/span> - 使用 - 释放型的�Q�例如很多同步对象，文�g锁， WinGDI 里的许多 GDI 对象。我们缺乏管理的�Q�只有那些一�ơ获得，多个环境拥有�Q��ƈ且只能有一�ơ释攄��数资源�?/span>

回到内存模型来看�Q�有一点让我们无法��内存与其它资源�{�同�Q�反�q�来�Q�把其它资源和内存等同却是可以的�Q�，那就是��@环引用�?/span> A 内存可以持有指向 B 内存的引用， B 内存也可以反�q�来持有 A 内存的引用。��@环引用导致内存管理不可以用“是否有指向该内存的引用”来区分一块内存是否可以回收。从而��׃��一个绝佳的��理手段。但是在没有循环引用的场合下�Q�我们还是有非常��z�高效的��理�Ҏ��的。那��是引用计数�?/span>

引用计数是在没有循环引用场合下进行内存管理的�l�佳手段�Q�它��h��轻量、高效、即时、可控的优点。而且�?/span> C++ 里，引用计数已经非常成熟�Q�只需要��?/span> boost.shared_ptr 或者其它非官方的引用计数指针库��可以了�Q�而且据悉 C++09 很可能把 boost.shared_ptr �U�_��标准库。引用计数的原则是，如果一个对象没有别的指针或引用来指向它�Q�那么这个对象就是可以释攄��。具体的手法有大把大把的资料可以查阅�Q�这里就不详�l�说明了。引用计数通常可以处理哪些场合的资源管理问题呢�Q�首先，对于单方向的资源��理�Q�也��是多个 A 的实体拥�?/span> 1 �?/span> B �Q�然�?/span> B �q�不会反�q�来依赖�?/span> A �Q�例如多个对象共享一个日志）�Q�引用计数是非常合适的。其�ơ，对于拥有 - 反作用的场合�Q�也��是 1 个或多个 A 的实体拥�?/span> 1 个或多个 B �Q��?/span> B 也拥有这�?/span> A 的实体的引用�Q�但�?/span> B 的生存期仍然军_��?/span> A 的生存期�Q�例如父�H�口拥有若干子窗口，子窗口也��h�� parent 指针指向父窗口，但是子窗口的生存期决定于父窗口的生存期）�Q�这个时�?/span> A 可以�?/span> B 使用引用计数指针�Q��?/span> B 可以�?/span> A 使用原生的普通指针，同样的可以很好的解决问题�?/span>

现在所剩下的，��只有生存期的��@环依赖了。如�?/span> AB 互相持有�Ҏ��的引用，而且 AB 互相的存在都依赖于对方，�q�样引用计数��无法解决了。但是如果仔�l�想一下就会发玎ͼ��q�种情况�?/span> C++ 里几乎不可能存在。生存期循环依赖只有 2 �U�后果，要么 A �?/span> B 的析构函数里互相析构�Q�当然就挂了�Q�，要么互相都不析构�Q�当然就泄露了）。而这两种都是在正常编�E�中不会出现的情��c��所以如果即使仅仅��用引用计敎ͼ�我们也可以解军_��乎所有的资源��理问题�?/span>

现在�q�剩下那么一丁点极少出现的不能处理的情况�Q�我们可以��用更加复杂的 gc 来实现。可惜的是，实现一�?/span> gc 所要耗费的精力实在太大，而且几乎不可避免的要成�ؓ侵入式的库。所以有点得不偿失。而且 gc 通常会��生更多的毛病�Q?/span>

1�Q?/font> 你无法却知对象析构的具体旉��Q�从而无法真正知道媄响程序性能的瓶颈在什么地斏V�?/span>

2�Q?/font> gc 都們֐�于大量的使用内存�Q�直到内存不够的时候再�q�行清理�Q�这样会��D��E�序的内存用量严重颠��，�q�且产生大量的换��c�?/span>

3�Q?/font> �q�度的依赖于 gc 会�ɽE�序员大量的把可以由之前提到的各�U�方法来处理的资源交�l?/span> gc 来处理，无故的加重了 gc 的负担�?/span>

4�Q?/font> gc 的管理方法和 C++ 的析构函数有可能产生语义上的冲突�?/span>

�q�就是�ؓ什�?/span> C++ 标准对垃圑֛�收的态度如此恶劣的原因�?/span>

我们现在回过头来�?/span> Java/C# �q�样的内�|?/span> gc 的语�a�。这��L��语言�׃��使用�?/span> gc �Q�就不可避免的放弃了析构函数。�ؓ什�?/span> gc 会和析构函数产生冲突呢？一�?/span> gc 一般会希望在进行垃圑֛�收的时候，整个�q�程是一个原子的�Q�但析构函数会破坏这一点，在释攑ֆ�存的时候如果还要执行代码，那么隑օ�会对整个 gc 环境产生破坏性的影响。由于没有析构函敎ͼ��q�些语言��׃��可能做到 RAII �Q�也��是��_��它们�?/span> gc 所能够��理的，也就仅仅只有内存而已了。对于其他资源， Java �{�就必须手动释放。虽�?/span> C# 提供�?/span> with 关键字来�~�解�q�一问题�Q�但仍然无法��d��的解冟�?/span>

�q�有什么麻烦呢�Q�之前说的那 4 点全部都有。虽�?/span> JVM 的速度在不断的提高�Q�但是内存��用这一点却完全没有发展�Q�不能不说是 gc 说导致。它所带来了什么好处呢�Q�是内存��理的自动化�Q�而不是资源管理的自动化�?/span>

所以说 C++ �q�不是世人所惌��的那样需�?/span> gc �Q?/span> C++ 本��n��已�l�提供了��_��强大的资源管理能力。基于栈的自动管理，或者��用引用计敎ͼ�几乎可以辑ֈ��?/span> gc 同样的覆盖面�Q�而且没有 gc 的那些问题， RAII 使得 C++ 在管理非内存资源的时候还更加有优势，��Z��么不使用呢？

ps. 设计一个非官方�?/span> gc 库还是可以的。但是毕竟不会成��Z��了�?/span>

��不懂^_^ 2007-01-25 12:07 发表评论

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