手动内存管理(Manual Memory Management)

当今的自动垃圾收集算法极为先进, 但我们先来看看什么是手动内存管理。在那个时候, 如果要存储共享数据, 必须显式地进行 内存分配(allocate)和内存释放(free)。如果忘记释放, 则对应的那块内存不能再次使用。内存一直被占着, 却不再使用，这种情况就称为内存泄漏(memory leak)。

以下是用C语言来手动管理内存的一个示例程序:

  1. int send_request() {
  2.     size_t n = read_size();
  3.     int *elements = malloc(n * sizeof(int));
  5.     if(read_elements(n, elements) < n) {
  6.         // elements not freed!
  7.         return -1;
  8.     }
  10.     // …
  12.     free(elements)
  13.     return 0;
  14. }

可以看到,如果程序很长,或者结构比较复杂, 很可能就会忘记释放内存。内存泄漏曾经是个非常普遍的问题, 而且只能通过修复代码来解决。因此,业界迫切希望有一种更好的办法,来自动回收不再使用的内存,完全消除可能的人为错误。这种自动机制被称为 垃圾收集(Garbage Collection,简称GC)。

智能指针(Smart Pointers)

第一代自动垃圾收集算法, 使用的是引用计数(reference counting)。针对每个对象, 只需要记住被引用的次数, 当引用计数变为0时, 这个对象就可以被安全地回收(reclaimed)了。一个著名的示例是 C++ 的共享指针(shared pointers):

  1. int send_request() {
  2.     size_t n = read_size();
  3.     shared_ptr<vector<int>> elements 
  4.               = make_shared<vector<int>>();
  6.     if(read_elements(n, elements) < n) {
  7.         return -1;
  8.     }
  10.     return 0;
  11. }

shared_ptr 被用来跟踪引用的数量。作为参数传递时这个数字加1, 在离开作用域时这个数字减1。当引用计数变为0时, shared_ptr 自动删除底层的 vector。需要向读者指出的是，这种方式在实际编程中并不常见, 此处仅用于演示。