内存管理

内存管理思路

V语言的内存管理还在开发中，目前的思路是这样：

  1. 当编译器编译代码时，如果能够判断一部分变量确定不再被引用，编译器会自动处理，自动插入free()函数到生成的代码中，自动释放变量。

  2. 如果编译器在编译时不能判断，会启用引用计数。

  3. 开发者可以让编译器自动释放自定义结构体的内存，通过增加free()方法。

  4. 如果开发者真的希望，也可以在函数前加上[manualfree]注解，告诉编译器这个函数不需要自动内存控制，由开发者自己手工调用free()函数来管理内存的分配和释放。

目前为止，你可以在编译时使用-autofree选项，试用编译器的自动释放内存功能，一旦这个内存管理功能开发完成后，就会变为编译器默认的选项。

V语言中限制没有全局变量，没有模块级变量，只有局部变量。

变量只能在函数或者方法内部定义，所以当函数调用结束时，会自动回收函数栈内存。

V的0.2版本发布后，增加了一个编译选项-autofree，可以实现自动释放内存。

目前该选项还没有正式发布，不是编译器默认选项，需要人工添加，计划在0.3版本作为默认选项。

GC

使用V编译器编译程序时，GC默认启用，且内置在V语言中。

V使用的是开源的，通用的，C的垃圾回收器：

Boehm-Demers-Weiser Garbage Collector (bdwgc)

官网: https://www.hboehm.info/gc/

源代码: https://github.com/ivmai/bdwgc

boehm的发音是/bame/，是美式英语中一个从德文来的姓氏，是一个C的垃圾回收器。

使用mark and sweep算法的增量式分代垃圾回收器。

llvm，mono，gnu d compiler，gnu java compiler等也都使用该gc。

一般的C代码中，只要将malloc，realloc替换成boehm相应的分配函数，再删除free调用，就带gc功能。

使用

使用V编译器编译程序时，GC已经是默认启用，默认的选项是：

v -gc boehm xxx.v       //默认选项是-gc boehm

如果不想带GC，可以使用-gc none：

v -gc none xxx.v

GC的其他选项：

`-gc boehm` ....... default GC-mode (currently `boehm_full_opt`)
`-gc boehm_full` ....... classic full collection
`-gc boehm_incr` ....... incremental collection
`-gc boehm_full_opt` ... optimized classic full collection
`-gc boehm_incr_opt` ... optimized incremental collection
`-gc boehm_leak` ....... leak detection (for debugging)
`-gc none` ............. no garbage collection

编译后文件大小对比

最简单的测试代码：

fn main() {
    println('from main')
}

带GC的大概增加173K左右的大小：

vv -gc nonev -prodv -prod -gc none

420K

247K

176K

102K

代码中判断是否启用GC

一般的V代码很少用到。

$if gcboehm  {
	
}

C手动内存管理

除了使用-autofree自动管理内存，也可以使用--manualfree手动管理内存。

也可以在模块或函数，使用[manualfree]注解，针对某个具体模块或函数，进行手动管理内存，如果进行手动内存管理，需要自行调用变量的free()方法进行释放。

@[manualfree] // 如果注解在模块上，该模块的所有函数都进行手动内存管理
module main

fn abc() {
	x := 'abc should be autofreed'
	println(x)
}

@[manualfree] // 如果注解在函数/方法上，该函数内进行手动内存管理
fn xyz() {
	x := 'xyz should do its own memory management'
	println(x)
	x.free() // 手动释放
}

fn main() {
	abc()
	xyz()
}

V目前依赖libc

所以C标准库中手动管理内存的主要函数都可以使用，实现像C那样对内存的精确控制。

  • malloc

    C 库函数 void *malloc(size_t size) 分配所需的内存空间，并返回一个指向它的指针。

    void *malloc(size_t size)

    size -- 内存块的大小，以字节为单位。

  • calloc

    C 库函数 void *calloc(size_t nitems, size_t size) 分配所需的内存空间，并返回一个指向它的指针。malloc 和 calloc 之间的不同点是，malloc 不会设置内存为零，而 calloc 会设置分配的内存为零，而且calloc的参数是2个。

    void *calloc(size_t nitems, size_t size)

    • nitems -- 要被分配的元素个数。

    • size -- 元素的大小。

  • realloc

    C 库函数 void *realloc(void *ptr, size_t size) 尝试重新调整之前调用 malloc 或 calloc 所分配的 ptr 所指向的内存块的大小。

    void *realloc(void *ptr, size_t size)

    • ptr -- 指针指向一个要重新分配内存的内存块，该内存块之前是通过调用 malloc、calloc 或 realloc 进行分配内存的。如果为空指针，则会分配一个新的内存块，且函数返回一个指向它的指针。

    • size -- 内存块的新的大小，以字节为单位。如果大小为 0，且 ptr 指向一个已存在的内存块，则 ptr 所指向的内存块会被释放，并返回一个空指针。

    • 该函数返回一个指针 ，指向重新分配大小的内存。如果请求失败，则返回 NULL。

  • memcpy

    C 库函数 void *memcpy(void *str1, const void *str2, size_t n) 从存储区 str2 复制 n 个字符到存储区 str1。

    void *memcpy(void *str1, const void *str2, size_t n)

    • str1 -- 指向用于存储复制内容的目标数组，类型强制转换为 void* 指针。

    • str2 -- 指向要复制的数据源，类型强制转换为 void* 指针。

    • n -- 要被复制的字节数。

    • 该函数返回一个指向目标存储区 str1 的指针。

  • memmove

    内存移动。

    C 库函数 void *memmove(void *str1, const void *str2, size_t n) 从 str2 复制 n 个字符到 str1，但是在重叠内存块这方面，memmove() 是比 memcpy() 更安全的方法。如果目标区域和源区域有重叠的话，memmove() 能够保证源串在被覆盖之前将重叠区域的字节拷贝到目标区域中，复制后源区域的内容会被更改。如果目标区域与源区域没有重叠，则和 memcpy() 函数功能相同。

    void *memmove(void *str1, const void *str2, size_t n)

  • free

    释放指针内存。

V手动内存管理

在使用libc标准库的手动内存管理函数的基础上，V额外增加了新的内存管理函数，主要是为了内置支持GC。

如果应用开发过程中也需要使用到手动内存管理，建议还是尽量不要直接使用C函数，而是使用V进一步封装的函数，这样确保GC可以覆盖到。

这些函数可以在vlib/builtin/builtin.c.v中查看：

这些函数跟对应的C函数相比，返回值不是voidptr，而是&u8。

  • pub fn malloc(n int) &u8

  • pub fn malloc_noscan(n int) &u8

  • pub fn vcalloc(n int) &u8

  • pub fn vcalloc_noscan(n int) &u8

  • pub fn v_realloc(b &u8, n int) &u8

  • pub fn realloc_data(old_data &u8, old_size int, new_size int) &u8

  • pub fn free(ptr voidptr)

  • pub fn memdup(src voidptr, sz int) voidptr

  • pub fn memdup_noscan(src voidptr, sz int) voidptr

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