如果我要在 C 中实现垃圾收集解释型语言，我如何在不编写自己的垃圾收集器的情况下提供精确（即不保守）的垃圾收集？有可用的图书馆吗？如果有，有哪些？我知道，对于垃圾收集器跟踪的任何对象，我都必须在自己的一端维护某些不变量。
【问题讨论】：
标签： c garbage-collection interpreter
在实现这样的语言时，您的解释器需要跟踪它正在运行的程序中的所有对象，包括了解它们的类型以及数据的哪一部分是对其他数据的引用。然后，您可以轻松地遍历所有数据并实现您喜欢的任何类型的垃圾收集器。没有像试图确定 C 实现的“堆”/“堆栈”/等那样的虚假黑客。定位或猜测可能需要一个指针，因为您正在处理您知道其结构的数据。
【讨论】：
对于 C 程序，有 2 个选项：Boehm GC 替换 malloc（它是一个 保守的 GC，所以可能不完全符合您的要求，但它要么是 那或...），或自己写。
但是自己编写并不是那么难。执行 mark-sweep 算法。标记的根集将是您的符号表。你需要另一个表或链表来跟踪所有分配的内存，可以是freed。当您扫描分配列表时，free 任何没有标记的内容。
实际编码当然会更复杂，因为你要遍历这两种数据结构，但是算法本身很简单。你可以做到的。
几年前，我发现自己在同一个搜索中，这些是（并且 AFAIK 仍然是）结果。自己编写是非常有益和值得的。
在实践中，随着 Basile 的回答涉及到很多其他问题。
如果垃圾收集器是从调用堆栈的深处调用的（可能是通过需要更多内存的分配例程），那么必须注意其句柄仍保存在 C 函数的局部变量中的任何分配。调用堆栈，而不是保存到它们的符号表或数据库位置。在我的 postscript 解释器中，我使用一个所有分配器都推送到的临时堆栈来处理这个问题。在所有子例程返回后，该堆栈被主循环清除，并且在标记期间它被认为是根集的一部分。在我的 APL 解释器中，我每次都在主循环周围调用 GC。对于小语言的小程序来说，速度问题不如更可怕的内存泄漏那么重要，至少在影响我的圈子里是这样。
【讨论】：
如果你想要一个精确 GC（不是保守的，像Boehm's GC，它在实践中表现很好）你应该跟踪本地指针（指向GC-ed数据）变量，否则当您确定没有这样的局部变量时，仅使用几乎为空的调用堆栈调用 GC（顺便说一句，GCC 编译器有这样的mark&sweep garbage collector - 带有由一些专门的gengtype C++ 代码生成器生成的标记例程；那GGC 仅在 之间 次传递中调用）。当然，您还应该跟踪全局（包括静态或线程本地）指针（指向 GC 数据）变量。
或者，有一些字节码虚拟机（如OCaml 或NekoVM 有），然后本地GC-ed 变量是您的字节码VM 的堆栈和/或寄存器中的变量，并且您在特定位置触发GC以及精心挑选的 VM 解释器要点。 （参见 Ocaml GC 的 this explanation）。
您应该阅读有关Garbage Collection 技术的更多信息，请参阅GC handbook。
如果您的 GC 是分代复制，您需要实现写屏障（以处理指向新区域的旧数据的突变）。你可以使用我旧的Qish GC（我不再维护它），或者Ravenbrook's MPS，或者编写你自己的分代复制GC（这在理论上并不难，但在实践中调试GC是一场噩梦，所以工作量很大）。
您可能想使用一些宏技巧（例如我的 Qish 所做的）来帮助保留局部变量。请参阅 Ocaml 文档的 Living in harmony with the garbage collector 部分作为示例（或查看 Qish 内部）。
请注意，在手动编写的 C 代码中处理分代复制 GC 并不友好（因为您需要显式保留本地指针，并且因为您需要写屏障来记住何时修改旧值以具有指向新一代）。如果你想这样做，你的C代码应该在A-normal form中（你不能编码x=f(g(y),z);，但你需要编码temp=g(y); x=f(temp,z);并添加temp作为局部变量，假设x，y , z 是本地 GC 变量，f 和 g 返回一个 GC 指针）。实际上，生成 C 代码要容易得多。以我的MELT 域特定语言（扩展和自定义GCC）为例。
如果您的语言是真正的多线程语言（多个 mutator 线程并行分配），那么编写 GC 代码就变得非常棘手。这可能需要几个月的工作（而且调试起来可能是一场噩梦）。
实际上，我今天推荐使用 Boehm 的 GC（注意它是多线程友好的）。一个简单的 mark&sweep 手工编码的 GC 可能不会比 Boehm 的 GC 快。而且您将无法（我不推荐）使用 GGC，GCC 内部的垃圾收集器（IMNSHO，它不是很好；多年前这是一个肮脏的 hack 设计）。
顺便说一句，您可能会考虑 自定义 -e.g.使用MELT- GCC 编译器（通过添加一些特定于应用程序的__attribute__ 或#pragma）来帮助您的GC。通过一些工作，您可以生成一些标记例程等。但是，这种方法可能非常痛苦（我真的不知道）。请注意，MELT（免费软件，GPLv3+）包含一个复制的分代 GC，其老年代是 GGC 堆，因此您至少可以查看code of melt-runtime.cc 的内部
PS。我也推荐Queinnec的书：Lisp In Small Pieces；它有一些关于 GC 及其与编程语言的联系的有趣材料，当您实现解释器时，这是一本很棒的书。 Scott 在Programming Languages Pragmatics 上的书也值得一读。
【讨论】：