客座文章
这是 Danil Yarantsev(Yardanico) 的客座文章。如果您想在 nim-lang.org 上以客座作者的身份发表文章，请通过 Twitter 或 其他 方式与我们联系。

Nim 的 ARC/ORC 简介

让我们先了解一下历史：传统上 Nim 是一种使用垃圾回收器（GC）的语言。 大多数标准库都依赖于 GC 来工作。

当然，您可以禁用 GC ，手动管理内存，但无法使用大部分（ 很大部分）标准库了。

很长时间里，Nim 默认用的 GC 策略是 refc （延迟引用计数法：分段标记和扫描循环收集），还有其他几个可选策略：如 markAndSweep , boehm , 和 go 可用。

但在过去几年中，Nim 有了新的想法，与析构函数、所有权引用（运行时）等相关:

其中一些想法已经在ARC中实现。

ARC 是什么

ARC 是一个内存管理策略。 它的核心模型基于 析构和移动语义(move)的自动引用计数。很多人错把 Nim 的 ARC 认为是 Swift 的ARC，但他们有很大的区别：Nim 的 ARC 不是原子的引用计数。

引用计数是释放程序中弃用资源的最流行算法之一。任何托管（由运行时控制）引用的引用计数是该引用在其他地方使用的次数。当该计数变为零时，引用及其所有基础数据都将被释放。

引用被其他地方引用的次数，就是引用的计数。当计数变为零时，引用及其所有基础数据都将被释放。

ARC 和 Nim 其他的 GC 最主要的不同是：ARC 是完全确定性的：当编译器认为某个变量（字符串、序列、引用或其他）不再需要，它会自动注入析构函数。 从这个意义上讲，它与C++的析构函数（RAII）相似。 为了说明，我们可以使用 Nim 的 expandArc 内省（将在 Nim 1.4 中提供）。

我们看下面简单的代码：

proc main = 
  let mystr = stdin.readLine()

  case mystr
  of "hello":
    echo "Nice to meet you!"
  of "bye":
    echo "Goodbye!"
    quit()
  else:
    discard

main()

然后在 main 程序上生成 Nim 的 ARC IR（中间表示） ，运行 nim c --gc:arc --expandArc:main example.nim 。

var mystr
try:
  mystr = readLine(stdin)
  case mystr
  of "hello":
    echo ["Nice to meet you too!"]
  of "bye":
    echo ["Goodbye!"]
    quit(0)
  else:
    discard
finally:
  `=destroy`(mystr)

我们在这里看到的是非常有趣的：Nim 编译器把main 函数包装了在一个try: finally语句块中（即使 try 块语句内发生了异常， finally 块内的语句也会运行），并将我们的 mystr （在运行时初始化）的 =destroy 调用插入，以便在不再需要时（在其生命周期结束时）将其销毁。

这显示了 ARC 的主要功能之一：基于作用域的内存管理。作用域是程序中单独的代码区域。基于作用域的内存管理，就是说编译器将自动在作用域内，插入析构函数调用，使变量在作用域结束后析构。

许多 Nim 构造语句引入了新的作用域：过程(proc)、函数(func)、转换函数(converter)、， 方法(method)、block 语句和表达式、 for 和 while 循环等。

ARC 也有被称为 钩子 的预定义函数，用于变量析构/移动/复制时，重写默认编译器行为。当您想要为类型创建自定义语义、或处理指针的低级操作、或调用外部接口（FFI）时，这些功能尤为有用。

ARC 与 Nim 当前的 refc GC 相比的主要优点是（包括我上面提到的那些）：

  • 基于作用域的内存管理（在作用域之后注入析构函数）- 通常减少程序的内存使用并提高性能。

  • 移动语义 - 编译器静态分析的能力，并在可能的情况下将内存复制转换为移动。

  • 共享堆 - 不同的线程可以访问相同的内存，您在线程之间不需要复制变量来传递它们，而是移动它们。 请参阅在线程间隔离和发送数据的 RFC

  • FFI更简单 ( refc 需要每个外部线程手动设置GC（ ARC 没有这个问题），在使用 Nim 为其他语言创建扩展库（.dll , .so ,Python 扩展），ARC 成为更好选择。)

  • 适合硬实时的 要求的程序。

  • 复制省略（游标推断）在许多情况下将复制减少为简单的游标（别名）。

一般来说，使用 ARC 是惊人的一步：可以让程序变的更快、使用内存更少，并且行为可预测。 要为您的程序启用 ARC ，您只需使用 --gc:arc 开关，或将其添加到项目的配置文件(.nims 或 .cfg)中。

循环的问题

但是等等！我们忘了什么吗？ARC 是引用计数，众所周知，引用计数本身并不处理“循环”。简而言之，循环引用是指一些变量以类似于循环的方式相互依赖。 让我们看一个简单的例子：我们有3个对象（A、B、C），每个对象都引用另一个对象，用一个图更好地显示：

要查找和收集该循环，我们需要一个循环收集器 - 这是运行时的一个特殊部分，用于查找和删除程序中不再需要的循环。

在 Nim 循环收集中，refc 已经完成了循环的标记和清除，但最好使用 ARC 作为基础，使其变得更好。这让我们想到：

ORC - Nim 循环收集器

ORC是Nim基于ARC的全新循环垃圾收集器。它可以被认为是一个全面的GC，因为它包括一个局部跟踪阶段（与大多数其他进行全局跟踪的跟踪GC相反）。 ORC是使用Nim的异步时应该使用的，因为它包含循环需要处理的问题。

ORC 保留了 ARC 的大部分优势 除了确定性（部分）- 默认情况下，ORC 具有自适应阈值，用于采集周期，以及 硬实时（部分），原因相同。 要启用 ORC ，使用 --gc:orc 编译程序，但 ORC 将来会成为 Nim 的默认GC。

我很兴奋！我如何测试它们？

ARC 在Nim 1.2.x 版本中可用，但由于一些错误的修复，最好等待 Nim 1.4 版本（不久就会发布），该版本将提供 ARC 和 ORC 进行广泛测试。 但如果你急于尝试，有一个1.4版本的RC版本可用。

这就是全部！感谢您阅读这篇文章-我希望您喜欢它，并将享受 ARC/ORC 为 Nim 带来的惊人可能性：）

资源/更多信息：

results matching ""

    No results matching ""