?C語言幾乎唯一的缺點(diǎn)就是，需要手動管理內(nèi)存。

拋開這點(diǎn)之外，我覺得其他語言都不如C語言?。

所以，雖然自動內(nèi)存管理比較復(fù)雜，但我還是給scf編譯器框架加了靜態(tài)的GC算法。

在編程方面，自動內(nèi)存管理一般叫GC算法，是英文Garbage Collection的縮寫。

棧內(nèi)存的管理比較簡單，是由編譯器根據(jù)函數(shù)調(diào)用鏈而自動管理的。

堆內(nèi)存的管理，在C語言里是由程序員手動管理的。

因?yàn)槌绦騿T管理錯了堆內(nèi)存而導(dǎo)致的BUG，是C語言最常見、也最難搞的BUG。

所以，后來的編程語言都對內(nèi)存管理做了簡化，例如C++的智能指針。

C++的智能指針，是一種半自動的內(nèi)存管理機(jī)制：

它把一個堆內(nèi)存的指針放在一個類的成員變量里，利用局部對象離開作用域時的析構(gòu)函數(shù)，來完成堆內(nèi)存的釋放。

所以C++的效率比其他語言快得多，因?yàn)榫植繉ο笫裁磿r候離開作用域，是可以在編譯時就確定的，不需要在運(yùn)行時做額外的處理。

也就是說，C++的智能指針是靜態(tài)的GC算法。

在編譯時就處理好的算法，是靜態(tài)的算法。

在運(yùn)行時才會處理的算法，是動態(tài)的算法。

動態(tài)的算法依賴于運(yùn)行時狀態(tài)，對程序的速度有較大的影響：

• 因?yàn)榭蚣茉谔幚韺ο髢?nèi)存的回收時，用戶程序不得不暫停，
• 否則兩邊發(fā)生競爭條件，那就是跟C語言的野指針一樣的BUG。

寫過C語言的都知道，多線程的野指針是非常難查的BUG，因?yàn)槌绦蚺茱w了不知道會core在哪里，而且BUG也不是必現(xiàn)的。

為什么程序員怕有主控軟件的交通工具？

因?yàn)槌绦騿T知道多線程+競爭條件+野指針 == 隨機(jī)crash + 事后找不到第一現(xiàn)場?

動態(tài)的GC算法，為了避免出現(xiàn)第2種情況，那就只能使用第1種情況。

1、GC算法有必要是動態(tài)的嗎？

實(shí)際上沒必要，否則C語言怎么手動管理內(nèi)存的。

C語言的free()代碼肯定是在編譯之前就寫好了的！

只要寫對了free()位置，C語言既不會出BUG，也不會內(nèi)存泄漏。

所以，編譯器只要代替程序員添加free()，就可以自動管理內(nèi)存了。

free()的添加位置，當(dāng)然是在變量離開作用域時。

如上圖：

有4個對象變量m0, m1, m2, m3，

main()函數(shù)返回時也是它們離開作用域的時候，所以在main函數(shù)的結(jié)尾自動添加釋放代碼，程序員就不用手動釋放內(nèi)存了。

2、怎么檢測變量什么時候離開作用域？

在編譯器的后端：

1）代碼的每個基本塊都是流程圖上的一個節(jié)點(diǎn)，

2）基本塊之間通過跳轉(zhuǎn)聯(lián)系起來，

3）基本塊內(nèi)部的代碼是順序運(yùn)行的。

所以，釋放內(nèi)存的代碼需要加在兩個基本塊之間。

上述main()函數(shù)的流程圖

上圖是前面的main()函數(shù)的流程圖。

創(chuàng)建一個對象分兩步：第一步調(diào)用malloc()申請內(nèi)存，第二步調(diào)用構(gòu)造函數(shù)__init()初始化內(nèi)存。

（為了簡化代碼，我沒有做返回值為NULL的檢查）

在第8個基本塊 m3 = m0 + m1 + m2 之后，m0, m1, m2 就不再使用了，也就是它們3個離開作用域了。

即使在源代碼層面這時m0, m1, m2依然處于main()函數(shù)的作用域內(nèi)，但對后端來說它們已經(jīng)離開作用域了，因?yàn)橹蟮幕緣K都不再使用它們了。

所以，對m0, m1, m2的釋放代碼，應(yīng)該加在第8和第9號基本塊之間。

第9號基本塊會把指針 m3->data 賦值給dd，這會讓（m3->data）內(nèi)存的引用計(jì)數(shù)+1。

對m3的釋放代碼可以放在第9和第10之間，之后不會再使用m3了：這會讓m3->data的引用計(jì)數(shù)-1。

這時，內(nèi)存數(shù)據(jù)有且只有1個引用計(jì)數(shù)（一開始自帶1個），同時有且只有指針dd指向它。

指針dd的釋放在for循環(huán)之后，即第10和11之間：這里的釋放會讓引用計(jì)數(shù)減少到0。

在引用計(jì)數(shù)為0時，要調(diào)用free()函數(shù)，把內(nèi)存還給系統(tǒng)。

GC算法的要點(diǎn)有3個：

1）什么時間調(diào)用的malloc()，

2）什么時間有指針的賦值，要把引用計(jì)數(shù)+1，

3）什么時間離開作用域，也就是后續(xù)不再使用對象變量，要把引用計(jì)數(shù)-1，如果減少之后為0，就調(diào)用free().

3、跨函數(shù)的指針分析，

有時候，申請的內(nèi)存并不會在當(dāng)前函數(shù)內(nèi)釋放，而是返回給更上層的主調(diào)函數(shù)。

這時的GC算法，就需要跨越函數(shù)的調(diào)用鏈，進(jìn)行指針分析。

mat類的構(gòu)造函數(shù)__init()

前面的mat對象的成員指針 m3->data，就是需要跨函數(shù)分析的指針。

它是在構(gòu)造函數(shù)里申請的內(nèi)存，因?yàn)槭浅蓡T變量，所以要在析構(gòu)函數(shù)里釋放。

如果是局部變量，就在當(dāng)前函數(shù)內(nèi)釋放：因?yàn)榫植孔兞康淖饔糜蚓褪钱?dāng)前函數(shù)。

mat類的聲明，成員變量部分

成員變量的有效時間，是伴隨著當(dāng)前對象的。

局部變量的有效時間，是伴隨著當(dāng)前函數(shù)的。

成員變量在構(gòu)造函數(shù)返回時依然有效，所以要把它是malloc()申請的這個信息，傳遞到更上層的函數(shù)。

這樣：

1）在main()里才知道它是malloc()申請的，

2）在 dd = m3->data 時才知道給它指向的內(nèi)存引用計(jì)數(shù)+1，

3）在釋放m3時，析構(gòu)函數(shù)把引用計(jì)數(shù)-1之后，引用計(jì)數(shù)才不為0：內(nèi)存依然是有效的，這時指針dd依然指向它。

否則，dd就是野指針了！

mat類的析構(gòu)函數(shù)__release()

函數(shù)調(diào)用鏈，在語義分析時是很容易確定的。

抽象語法樹AST上的每一個函數(shù)調(diào)用，必然有一個主調(diào)函數(shù)、有一個被調(diào)函數(shù)。

主調(diào)和被調(diào)，構(gòu)成了整個程序的函數(shù)調(diào)用圖：

最頂層的是main()函數(shù)，最底層的是malloc()函數(shù)。

以malloc為起點(diǎn)、main為終點(diǎn)，做圖的寬度優(yōu)先搜索，就可以獲取整個調(diào)用鏈。

然后從離malloc最近的函數(shù)開始，一層層的分析就行了。

函數(shù)調(diào)用圖

一定是用圖的寬度優(yōu)先搜索（BFS）！

不能用深度優(yōu)先搜索（DFS），因?yàn)橐粋€上層函數(shù)可能調(diào)用多個下層函數(shù)，而這多個下層函數(shù)里都malloc了內(nèi)存。

如上圖：

如果是DFS，分析順序是A->D，這樣D調(diào)用B而申請的內(nèi)存就會被漏過去了。

如果是BFS，分析順序是A->B->C->D->E，這樣任何函數(shù)申請的內(nèi)存如果傳遞給上層，（在分析上層函數(shù)時）都不會被漏過去。

4、遞歸調(diào)用的指針分析

上圖的C()和E()之間的互相調(diào)用構(gòu)成遞歸，表現(xiàn)為函數(shù)調(diào)用圖上的回路。

這種情況下，兩個函數(shù)里申請的內(nèi)存會互相傳遞，屬于最復(fù)雜的一種情況！

在編譯器里的處理方法是：

do {
delivery = check_delivery();
} while (0 == delivery);

用do while循環(huán)檢查內(nèi)存的傳遞情況，記錄傳遞的變量和計(jì)數(shù)，直到不再發(fā)生變化為止。

最后，就是在合適的位置添加free()代碼了：

最后的總是最簡單的，the last is the simplest.