?C語言幾乎唯一的缺點就是，需要手動管理內存。

拋開這點之外，我覺得其他語言都不如C語言?。

所以，雖然自動內存管理比較復雜，但我還是給scf編譯器框架加了靜態的GC算法。

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

棧內存的管理比較簡單，是由編譯器根據函數調用鏈而自動管理的。

堆內存的管理，在C語言里是由程序員手動管理的。

因為程序員管理錯了堆內存而導致的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，是一種半自動的內存管理機制：

它把一個堆內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函數，來完成堆內存的釋放。

所以C++的效率比其他語言快得多，因為局部對象什么時候離開作用域，是可以在編譯時就確定的，不需要在運行時做額外的處理。

也就是說，C++的智能指針是靜態的GC算法。

在編譯時就處理好的算法，是靜態的算法。

在運行時才會處理的算法，是動態的算法。

動態的算法依賴于運行時狀態，對程序的速度有較大的影響：

• 因為框架在處理對象內存的回收時，用戶程序不得不暫停，
• 否則兩邊發生競爭條件，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，因為程序跑飛了不知道會core在哪里，而且BUG也不是必現的。

為什么程序員怕有主控軟件的交通工具？

因為程序員知道多線程+競爭條件+野指針 == 隨機crash + 事后找不到第一現場?

動態的GC算法，為了避免出現第2種情況，那就只能使用第1種情況。

1、GC算法有必要是動態的嗎？

實際上沒必要，否則C語言怎么手動管理內存的。

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()，就可以自動管理內存了。

free()的添加位置，當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()函數返回時也是它們離開作用域的時候，所以在main函數的結尾自動添加釋放代碼，程序員就不用手動釋放內存了。

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點，

2）基本塊之間通過跳轉聯系起來，

3）基本塊內部的代碼是順序運行的。

所以，釋放內存的代碼需要加在兩個基本塊之間。

上述main()函數的流程圖

上圖是前面的main()函數的流程圖。

創建一個對象分兩步：第一步調用malloc()申請內存，第二步調用構造函數__init()初始化內存。

（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()函數的作用域內，但對后端來說它們已經離開作用域了，因為之后的基本塊都不再使用它們了。

所以，對m0, m1, m2的釋放代碼，應該加在第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）內存的引用計數+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的引用計數-1。

這時，內存數據有且只有1個引用計數（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循環之后，即第10和11之間：這里的釋放會讓引用計數減少到0。

在引用計數為0時，要調用free()函數，把內存還給系統。

GC算法的要點有3個：

1）什么時間調用的malloc()，

2）什么時間有指針的賦值，要把引用計數+1，

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

3、跨函數的指針分析，

有時候，申請的內存并不會在當前函數內釋放，而是返回給更上層的主調函數。

這時的GC算法，就需要跨越函數的調用鏈，進行指針分析。

mat類的構造函數__init()

前面的mat對象的成員指針 m3->data，就是需要跨函數分析的指針。

它是在構造函數里申請的內存，因為是成員變量，所以要在析構函數里釋放。

如果是局部變量，就在當前函數內釋放：因為局部變量的作用域就是當前函數。

mat類的聲明，成員變量部分

成員變量的有效時間，是伴隨著當前對象的。

局部變量的有效時間，是伴隨著當前函數的。

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

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存引用計數+1，

3）在釋放m3時，析構函數把引用計數-1之后，引用計數才不為0：內存依然是有效的，這時指針dd依然指向它。

否則，dd就是野指針了！

mat類的析構函數__release()

函數調用鏈，在語義分析時是很容易確定的。

抽象語法樹AST上的每一個函數調用，必然有一個主調函數、有一個被調函數。

主調和被調，構成了整個程序的函數調用圖：

最頂層的是main()函數，最底層的是malloc()函數。

以malloc為起點、main為終點，做圖的寬度優先搜索，就可以獲取整個調用鏈。

然后從離malloc最近的函數開始，一層層的分析就行了。

函數調用圖

一定是用圖的寬度優先搜索（BFS）！

不能用深度優先搜索（DFS），因為一個上層函數可能調用多個下層函數，而這多個下層函數里都malloc了內存。

如上圖：

如果是DFS，分析順序是A->D，這樣D調用B而申請的內存就會被漏過去了。

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

4、遞歸調用的指針分析

上圖的C()和E()之間的互相調用構成遞歸，表現為函數調用圖上的回路。

這種情況下，兩個函數里申請的內存會互相傳遞，屬于最復雜的一種情況！

在編譯器里的處理方法是：

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

用do while循環檢查內存的傳遞情況，記錄傳遞的變量和計數，直到不再發生變化為止。

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.