Java的爱好者们经常批评C++中没有提供与Java类似的废料收集(Gabage Collector)机制(这很正常,正如C++的爱好者有时也攻击Java没有这个没有那个,或者这个不行那个不够好),导致C++中对动态存储的官吏称为程序员的噩梦,不是吗?你经常听到的是内存遗失(memory leak)和非法指针存取,这一定令你很头疼,而且你又不能抛弃指针带来的灵活性。
在本文中,我并不想揭露Java提供的废料收集机制的天生缺陷,而是指出了C++中引入废料收集的可行性。请读者注意,这里介绍的方法更多的是基于当前标准和库设计的角度,而不是要求修改语言定义或者扩展编译器。
1 什么是废料收集?
作为支持指针的编程语言,C++将动态管理存储器资源的便利性交给了程序员。在使用指针形式的对象时(请注意,由于引用在初始化后不能更改引用目标的语言机制的限制,多态性应用大多数情况下依赖于指针进行),程序员必须自己完成存储器的分配、使用和释放,语言本身在此过程中不能提供任何帮助,也许除了按照你的要求正确的和操作系统亲密合作,完成实际的存储器管理。标准文本中,多次提到了“未定义(undefined)”,而这大多数情况下和指针相关。
某些语言提供了废料收集机制,也就是说程序员仅负责分配存储器和使用,而由语言本身负责释放不再使用的存储器,这样程序员就从讨厌的存储器管理的工作中脱身了。然而C++并没有提供类似的机制,C++的设计者Bjarne Stroustrup在我所知的唯一一本介绍语言设计的思想和哲学的著作《The Design and Evolution of C++》(中译本:C++语言的设计和演化)中花了一个小节讨论这个特性。简而言之,Bjarne本人认为,
“我有意这样设计C++,使它不依赖于自动废料收集(通常就直接说废料收集)。这是基于自己对废料收集系统的经验,我很害怕那种严重的空间和时间开销,也害怕由于实现和移植废料收集系统而带来的复杂性。还有,废料收集将使C++不适合做许多底层的工作,而这却正是它的一个设计目标。但我喜欢废料收集的思想,它是一种机制,能够简化设计、排除掉许多产生错误的根源。