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= C++垃圾回收 =

== 简介 ==
'''垃圾回收'''（Garbage Collection，简称GC）是一种自动内存管理机制，用于检测和释放不再使用的内存，以避免内存泄漏。在C++中，垃圾回收并不是语言标准的一部分，但可以通过第三方库或特定编译器扩展实现。与Java、C#等语言不同，C++更倾向于使用'''RAII'''（Resource Acquisition Is Initialization）和智能指针（如<code>std::shared_ptr</code>、<code>std::unique_ptr</code>）来管理内存。

== 为什么C++没有内置垃圾回收？ ==
C++的设计哲学强调性能和灵活性，允许程序员完全控制内存管理。垃圾回收可能引入不可预测的停顿时间，这在实时系统或高性能计算中是不可接受的。然而，某些场景（如长期运行的服务）可能受益于垃圾回收机制。

== C++中的垃圾回收实现方式 ==
虽然标准C++不提供垃圾回收，但可以通过以下方式实现类似功能：

=== 1. 使用智能指针 ===
智能指针是C++11引入的自动化内存管理工具，通过引用计数或独占所有权来管理动态内存。

<syntaxhighlight lang="cpp">
#include <memory>
#include <iostream>

void exampleSmartPointer() {
    std::shared_ptr<int> ptr1 = std::make_shared<int>(42);
    std::shared_ptr<int> ptr2 = ptr1; // 引用计数增加

    std::cout << *ptr1 << std::endl; // 输出: 42
    // 当ptr1和ptr2超出作用域时，内存自动释放
}
</syntaxhighlight>

=== 2. 第三方垃圾回收库 ===
例如，Boehm-Demers-Weiser垃圾回收器（libgc）是一个流行的C/C++垃圾回收库。

<syntaxhighlight lang="cpp">
#include <gc/gc.h>
#include <iostream>

void exampleLibGC() {
    int* p = (int*)GC_malloc(sizeof(int));
    *p = 100;
    std::cout << *p << std::endl; // 输出: 100
    // 内存由GC自动回收，无需手动释放
}
</syntaxhighlight>

=== 3. 编译器扩展 ===
某些编译器（如GCC的<code>-fuse-ld=gold --gc-sections</code>）支持链接时垃圾回收，但主要用于未使用的代码段而非堆内存。

== 垃圾回收算法 ==
以下是常见的垃圾回收算法，可用于理解第三方库的实现原理：

=== 标记-清除（Mark-and-Sweep） ===
1. '''标记阶段'''：从根对象（如全局变量、栈变量）出发，标记所有可达对象。
2. '''清除阶段'''：遍历堆，释放未标记的对象。

<mermaid>
graph TD
    A[根对象] --> B[对象1]
    A --> C[对象2]
    B --> D[对象3]
    C --> D
    D --> E[对象4]
    style F stroke:#ff0000
    D --> F[未引用对象]
</mermaid>

=== 引用计数 ===
每个对象维护一个引用计数器，当计数器归零时释放内存。C++的<code>std::shared_ptr</code>使用此机制。

== 实际案例 ==
=== 案例1：游戏开发 ===
在长期运行的游戏服务器中，使用垃圾回收可以避免复杂的手动内存管理，减少内存泄漏风险。

=== 案例2：脚本引擎 ===
嵌入C++的脚本语言（如Lua）通常依赖垃圾回收来管理脚本对象。

== 垃圾回收的优缺点 ==
{| class="wikitable"
|-
! 优点 !! 缺点
|-
| 减少内存泄漏 || 可能引入性能开销
|-
| 简化代码 || 不可预测的停顿时间
|-
| 适合长期运行程序 || 不适用于实时系统
|}

== 数学基础 ==
垃圾回收的性能通常用以下公式衡量：
<math>
\text{GC效率} = \frac{\text{回收的内存}}{\text{总内存}} \times 100\%
</math>

== 总结 ==
C++垃圾回收虽非语言标准，但可通过智能指针或第三方库实现。选择是否使用垃圾回收需权衡开发效率与运行时性能。对于初学者，建议优先掌握RAII和智能指针。

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