C/C++编程：垃圾回收机制的分类

曾经终败给现在 2022-10-24 11:43 153阅读 0赞

# 定义 #

我们把之前使用过，现在不再使用或者没有任何指针再指向的内存空间称为“垃圾”。而将这些“垃圾”收集起来以便再次使用的机制叫做“垃圾回收机制”

在大多数编程语言中，我们都可以看到对垃圾回收特性的支持，如下表所示：

<table style="width:500px;"> 
 <tbody> 
  <tr> 
   <td>编程语言</td> 
   <td>对垃圾回收的支持情况</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>C++</td> 
   <td>部分</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>Java</td> 
   <td>支持</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>Python</td> 
   <td>支持</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>C</td> 
   <td>不支持</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>C#</td> 
   <td>支持</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>Ruby</td> 
   <td>支持</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>PHP</td> 
   <td>支持</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>Perl</td> 
   <td>支持</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>Hashkell</td> 
   <td>支持</td> 
  </tr> 
 </tbody> 
</table>

# 分类 #

垃圾回收的方式虽然很多，但主要可以分为两大类：

## 基于引用计数的垃圾回收器 ##

简单的说，引用计数主要是使用系统基类对象被引用（引用、指针）的次数。当对象被引用的次数变为0时，该对象既可视为”垃圾“而回收。使用引用计数作垃圾回收算法的一个优点是简单，与其他垃圾回收算法相比，该方法不会造成程序暂停，因为计数的增减与对象的实用是紧密结合的。此外，引用计数也不会读系统的缓存或者交换空间造成冲击，因为被认为“副作用”比较小。但是这种方法很难处理“环形引用”问题，此外由于计数带来的额外开销也不小，所以在使用上也有一定的限制。

## 基于跟踪处理的垃圾回收器 ##

相比于引用计数，跟踪处理的垃圾回收机制被更广泛的应用。其基本方法是产生跟踪对象的关系图，然后进行垃圾回收。使用跟踪方式的垃圾回收算法主要有以下几种：

### 标记-清除 ###

这个算法可以分为两部分。首先该算法将程序中正在使用的对象视为“根对象”，从根对象开始查找它们所引用的堆空间，并在这些堆空间上做标记。当标记结束之后，所有被标记的对象就是可达对象或者活对象，而没有被标记的对象就认为是垃圾，在第二步的清扫阶段就会被回收掉。

这种方法的特点是活对象不会被移动，但是其存在会出现大量的内存碎片的问题。

### 标记-整理 ###

和上面一样，但是标记完之后，不再遍历所有对象清扫垃圾了，而是将活的对象向“左”靠齐，这就解决了内存碎片的问题

标记-整理方法有个特点就是移动活的对象，因此，相应的，程序中所有对堆内存的引用都必须更新

### 标记-拷贝 ###

这种算法将堆空间分为两个部分：from和to。刚开始系统只从from的堆空间里面分配内存，当from分配满的时候系统就开始回收垃圾：从from堆空间中找出所有活对象，拷贝到to的堆空间中。这样一来，from的堆空间就只剩下垃圾了。而对象被拷贝到to里面之后，在to里面是紧密排列的。接下来只是需要将from和to换一下角色，接着从新的from里面开始分配。

标记-拷贝算法的一个问题是堆的利用率只有一半，而且也需要移动活的对象。此外，从某种意义上讲，它也是标记-整理算法。