Tại sao con trỏ thông minh đếm tham chiếu rất phổ biến?

Như tôi có thể thấy, con trỏ thông minh được sử dụng rộng rãi trong nhiều dự án C ++ trong thế giới thực.

Mặc dù một số loại con trỏ thông minh rõ ràng có lợi để hỗ trợ RAII và chuyển quyền sở hữu, nhưng cũng có một xu hướng sử dụng các con trỏ được chia sẻ theo mặc định , như một cách "thu gom rác" , để lập trình viên không phải suy nghĩ về việc phân bổ nhiều như vậy .

Tại sao các con trỏ chia sẻ phổ biến hơn việc tích hợp một trình thu gom rác thích hợp như Boehm GC ? (Hoặc bạn có đồng ý không, rằng chúng phổ biến hơn so với các GC thực tế?)

Tôi biết về hai lợi thế của các GC thông thường so với đếm tham chiếu:

• Các thuật toán GC thông thường không có vấn đề với các chu trình tham chiếu .
• Tổng số tham chiếu thường chậm hơn so với một GC thích hợp.

Các lý do để sử dụng con trỏ thông minh đếm tham chiếu là gì?

Một số lợi thế của việc tham chiếu đếm qua thu gom rác:

1. Chi phí thấp. Công cụ thu gom rác có thể khá khó chịu (ví dụ: làm cho chương trình của bạn đóng băng vào những thời điểm không thể đoán trước trong khi quy trình thu gom rác xử lý) và khá tốn bộ nhớ (ví dụ: dấu chân bộ nhớ của quy trình của bạn không cần thiết tăng lên nhiều megabyte trước khi bộ sưu tập rác cuối cùng khởi động)

2. Hành vi dễ dự đoán hơn. Với việc đếm tham chiếu, bạn được đảm bảo rằng đối tượng của bạn sẽ được giải phóng ngay khi tham chiếu cuối cùng đến nó biến mất. Mặt khác, với bộ sưu tập rác, đối tượng của bạn sẽ được giải phóng "đôi khi", khi hệ thống tiếp cận với nó. Đối với RAM, đây thường không phải là vấn đề lớn trên máy tính để bàn hoặc máy chủ được tải nhẹ, nhưng đối với các tài nguyên khác (ví dụ: xử lý tệp), bạn thường cần đóng chúng càng sớm càng tốt để tránh xung đột tiềm ẩn sau này.

3. Đơn giản hơn. Việc đếm tham chiếu có thể được giải thích trong vài phút và được thực hiện trong một hoặc hai giờ. Người thu gom rác, đặc biệt là những người có hiệu suất tốt, cực kỳ phức tạp và không nhiều người hiểu chúng.

4. Tiêu chuẩn. C ++ bao gồm đếm tham chiếu (thông qua shared_ptr) và bạn bè trong STL, điều đó có nghĩa là hầu hết các lập trình viên C ++ đều quen thuộc với nó và hầu hết mã C ++ sẽ hoạt động với nó. Tuy nhiên, không có bất kỳ trình thu gom rác C ++ tiêu chuẩn nào, điều đó có nghĩa là bạn phải chọn một và hy vọng nó hoạt động tốt cho trường hợp sử dụng của bạn - và nếu không, đó là vấn đề của bạn, không phải là ngôn ngữ.

Đối với những nhược điểm bị cáo buộc của việc đếm tham chiếu - không phát hiện chu kỳ là một vấn đề, nhưng một điều mà tôi chưa bao giờ cá nhân gặp phải trong mười năm qua khi sử dụng tính năng tham chiếu. Hầu hết các cấu trúc dữ liệu đều có tính chu kỳ tự nhiên và nếu bạn gặp phải tình huống bạn cần tham chiếu theo chu kỳ (ví dụ: con trỏ cha trong nút cây), bạn có thể chỉ cần sử dụng một con trỏ yếu hoặc con trỏ C thô cho "hướng ngược". Miễn là bạn nhận thức được vấn đề tiềm ẩn khi bạn thiết kế cấu trúc dữ liệu của mình, thì đó không phải là vấn đề.

Về hiệu suất, tôi chưa bao giờ gặp vấn đề với hiệu suất đếm tham chiếu. Tôi đã gặp vấn đề với hiệu suất của việc thu gom rác, đặc biệt là việc đóng băng ngẫu nhiên mà GC có thể phải chịu, mà giải pháp duy nhất ("không phân bổ đối tượng") cũng có thể được nhắc lại là "không sử dụng GC" .

Để có được hiệu năng tốt từ một GC, GC cần có khả năng di chuyển các đối tượng trong bộ nhớ. Trong một ngôn ngữ như C ++, nơi bạn có thể tương tác trực tiếp với các vị trí bộ nhớ, điều này là không thể. (Microsoft C ++ / CLR không được tính vì nó giới thiệu cú pháp mới cho các con trỏ được quản lý bởi GC và do đó thực sự là một ngôn ngữ khác.)

Boehm GC, trong khi một ý tưởng tiện lợi, thực sự là điều tồi tệ nhất của cả hai thế giới: bạn cần một malloc () chậm hơn một GC tốt, và do đó bạn mất đi hành vi phân bổ / phân bổ xác định mà không tăng hiệu suất tương ứng của một thế hệ GC . Thêm vào đó là do sự cần thiết phải bảo thủ, do đó, nó sẽ không nhất thiết phải thu thập tất cả rác của bạn.

Một GC tốt, điều chỉnh tốt có thể là một điều tuyệt vời. Nhưng trong một ngôn ngữ như C ++, mức tăng là tối thiểu và chi phí thường không đáng là bao.

Tuy nhiên, sẽ rất thú vị khi C ++ 11 trở nên phổ biến hơn, liệu lambdas và ngữ nghĩa nắm bắt bắt đầu dẫn dắt cộng đồng C ++ hướng tới các loại vấn đề phân bổ và đối tượng suốt đời khiến cộng đồng Lisp phát minh ra các GC trong lần đầu tiên địa điểm.

Xem thêm câu trả lời của tôi cho một câu hỏi liên quan trên StackOverflow .

Như tôi có thể thấy, con trỏ thông minh được sử dụng rộng rãi trong nhiều dự án C ++ trong thế giới thực.

Đúng nhưng, khách quan, phần lớn mã hiện được viết bằng các ngôn ngữ hiện đại với các công cụ thu gom rác.

Mặc dù một số loại con trỏ thông minh rõ ràng có lợi để hỗ trợ RAII và chuyển quyền sở hữu, nhưng cũng có một xu hướng sử dụng các con trỏ được chia sẻ theo mặc định, như một cách "thu gom rác", để lập trình viên không phải suy nghĩ về việc phân bổ nhiều như vậy .

Đó là một ý tưởng tồi bởi vì bạn vẫn cần phải lo lắng về chu kỳ.

Tại sao các con trỏ chia sẻ phổ biến hơn việc tích hợp một trình thu gom rác thích hợp như Boehm GC? (Hoặc bạn có đồng ý không, rằng chúng phổ biến hơn so với các GC thực tế?)

Ôi chà, có quá nhiều điều sai với dòng suy nghĩ của bạn:

1. GC của Boehm không phải là một GC "phù hợp" theo bất kỳ ý nghĩa nào của từ này. Nó thực sự khủng khiếp. Đó là bảo thủ vì vậy nó rò rỉ và không hiệu quả bởi thiết kế. Xem: http://fendingfrogblog.blogspot.co.uk/search/label/boehm

2. Các con trỏ được chia sẻ, về mặt khách quan, không phổ biến như GC vì phần lớn các nhà phát triển đang sử dụng các ngôn ngữ của GC bây giờ và không cần dùng chung các con trỏ. Chỉ cần nhìn vào Java và Javascript trong thị trường việc làm so với C ++.

3. Bạn dường như đang hạn chế xem xét đến C ++ bởi vì, tôi cho rằng, bạn nghĩ rằng GC là một vấn đề tiếp tuyến. Không phải ( cách duy nhất để có được một GC tốt là thiết kế ngôn ngữ và VM cho nó ngay từ đầu) để bạn giới thiệu lựa chọn thiên vị. Những người thực sự muốn thu gom rác thích hợp không gắn bó với C ++.

Các lý do để sử dụng con trỏ thông minh đếm tham chiếu là gì?

Bạn bị giới hạn ở C ++ nhưng muốn bạn có quản lý bộ nhớ tự động.

Trong MacOS X và iOS và với các nhà phát triển sử dụng Objective-C hoặc Swift, việc đếm tham chiếu rất phổ biến vì nó được xử lý tự động và việc sử dụng thu gom rác đã giảm đáng kể do Apple không hỗ trợ nữa (Tôi nói rằng các ứng dụng sử dụng bộ sưu tập rác sẽ phá vỡ trong phiên bản MacOS X tiếp theo và bộ sưu tập rác chưa bao giờ được triển khai trong iOS). Tôi thực sự nghi ngờ rằng đã từng có nhiều phần mềm sử dụng bộ sưu tập rác khi nó có sẵn.

Lý do để loại bỏ bộ sưu tập rác: Nó không bao giờ hoạt động đáng tin cậy trong môi trường kiểu C nơi con trỏ có thể "thoát" đến các khu vực mà người thu gom rác không thể truy cập được. Apple tin tưởng mạnh mẽ và tin rằng việc tham chiếu nhanh hơn. (Bạn có thể đưa ra bất kỳ khiếu nại nào ở đây về tốc độ tương đối, nhưng không ai có thể thuyết phục Apple). Và cuối cùng, không ai sử dụng bộ sưu tập rác.

Điều đầu tiên mà bất kỳ nhà phát triển MacOS X hoặc iOS nào cũng học được là cách xử lý các chu trình tham chiếu, vì vậy đó không phải là vấn đề đối với một nhà phát triển thực sự.

Nhược điểm lớn nhất của bộ sưu tập rác trong C ++ là không thể hiểu đúng:

• Trong C ++, con trỏ không sống trong cộng đồng có tường bao quanh, chúng được trộn lẫn với các dữ liệu khác. Như vậy, bạn không thể phân biệt một con trỏ với dữ liệu khác chỉ có một mẫu bit có thể được hiểu là một con trỏ hợp lệ.

  Hậu quả: Bất kỳ trình thu gom rác C ++ nào cũng sẽ rò rỉ các đối tượng cần được thu thập.

• Trong C ++, bạn có thể thực hiện số học con trỏ để lấy con trỏ. Như vậy, nếu bạn không tìm thấy một con trỏ bắt đầu một khối, điều đó không có nghĩa là khối đó không thể được tham chiếu.

  Hậu quả: Bất kỳ trình thu gom rác C ++ nào cũng phải tính đến các điều chỉnh này, xử lý bất kỳ chuỗi bit nào xảy ra ở bất kỳ đâu trong một khối, bao gồm ngay sau khi kết thúc khối đó, như một con trỏ hợp lệ tham chiếu khối.

  Lưu ý: Không có trình thu gom rác C ++ nào có thể xử lý mã bằng các thủ thuật như sau:

  int* array = new int[7];
  array--;    //undefined behavior, but people may be tempted anyway...
  for(int i = 1; i <= 7; i++) array[i] = i;
  

  Đúng, điều này gọi hành vi không xác định. Nhưng một số mã hiện có là thông minh hơn là tốt cho nó và nó có thể kích hoạt việc xử lý sơ bộ bởi một người thu gom rác.