स्टैक कार्यान्वयन विवरण - भाग दो

कई लोगों ने मुझसे पूछा, सार्थक प्रकारों के बारे में मेरी पिछली पोस्ट के संदर्भ में, क्यों, आखिरकार, सार्थक प्रकार स्टैक पर स्थित हैं, लेकिन संदर्भ प्रकार नहीं हैं।



संक्षेप में, "क्योंकि वे कर सकते हैं।" और क्योंकि स्टैक "सस्ता" जब भी संभव हो हम उन्हें स्टैक पर रखते हैं।



लंबा जवाब है ... लंबा।



सामान्य शब्दों में, शुरू करने के लिए, हम परिभाषित करते हैं कि हम एक ढेर को क्या कहते हैं और जिसे हम स्टैक कहते हैं। पहले एक गुच्छा।



सीएलआर हीप * इंजीनियरिंग का एक चमत्कार है जिसमें बड़ी मात्रा में विस्तार होता है। नीचे वर्णन यह नहीं है कि वास्तव में ढेर कैसे काम करता है, लेकिन यह एक सामान्य विचार प्राप्त करने के लिए पर्याप्त है।



विचार यह है कि संदर्भ प्रकारों के उदाहरणों के लिए आवंटित स्मृति के बड़े ब्लॉक हैं। इन मेमोरी ब्लॉक्स में "छेद" हो सकते हैं क्योंकि कुछ मेमोरी ब्लॉक "जीवित" ऑब्जेक्ट्स के कब्जे में हैं, और कुछ नई वस्तुओं के तहत उपयोग के लिए तैयार हैं। आदर्श मामले में, हम चाहेंगे कि सभी कब्जे वाली मेमोरी एक निरंतर ब्लॉक में एक जगह पर हो, और बाकी सभी पते की जगह मुफ्त होगी।



ऐसी स्थिति में, स्मृति के एक नए हिस्से को आवंटित करते समय, हम सूचक को आवश्यक मात्रा तक कब्जे वाली मेमोरी की ऊपरी सीमा तक ले जाएंगे और पहले से मुक्त मेमोरी के एक हिस्से को "खाएं"। इस नई आरक्षित मेमोरी का उपयोग नव निर्मित वस्तु के लिए किया जाएगा। इस तरह का एक ऑपरेशन बेहद सस्ता है: बस सूचक को स्थानांतरित करें और यदि आवश्यक हो तो शून्य के साथ मेमोरी के एक टुकड़े में भरें।



यदि हमारे पास "छेद" है, तो हमें "फ्री शीट" रखना होगा - मुफ्त वर्गों की एक सूची। तब हम इस सूची में एक उपयुक्त आकार की मुफ्त जगह देख सकते हैं और इसे भर सकते हैं। यह ऑपरेशन थोड़ा अधिक महंगा है क्योंकि एक सूची खोजी गई है। मैं ऐसी स्थिति से बचना चाहूंगा क्योंकि यह इष्टतम नहीं है।



कचरा संग्रह 3 चरणों में होता है: अंकन, संग्रह और संपीड़न **। "मार्कअप" चरण में, हम मानते हैं कि सभी ऑब्जेक्ट "डेड" हैं (रूट लगभग से अनुपलब्ध हैं। प्रति)) सीएलआर जानता है कि विधानसभा शुरू होने के समय किन वस्तुओं को जीवित रहने की गारंटी दी जाती है और उन्हें जीवित किया जाता है। वे सभी वस्तुएँ जिनका वे उल्लेख करते हैं, उन्हें भी लाइव के रूप में चिह्नित किया गया है जब तक जीवित वस्तुओं के सभी सकर्मक बंद हो जाते हैं। विधानसभा चरण में, सभी "मृत" वस्तुएं "छेद" में बदल जाती हैं। संपीड़न चरण में, ब्लॉक को पुनर्गठित किया जाता है ताकि जीवित वस्तुएं "छेद" के बिना एक निरंतर मेमोरी ब्लॉक बना सकें।



वर्णित मॉडल इस तथ्य से जटिल है कि ऐसे तीन क्षेत्र हैं: सीएलआर कलेक्टर पीढ़ियों को लागू करता है। सबसे पहले, ऑब्जेक्ट एक "लघु जीवनकाल" के साथ एक ढेर में हैं। यदि वे *** जीवित रहते हैं, तो समय के साथ वे औसत जीवन समय के साथ ढेर में स्थानांतरित हो जाते हैं और यदि वे लंबे समय तक जीवित रहते हैं, तो वे लंबे जीवन समय के साथ ढेर में स्थानांतरित हो जाते हैं। जीसी बहुत बार एक छोटे जीवनकाल के साथ ढेर पर चलता है और एक लंबे जीवनकाल के साथ ढेर पर शायद ही कभी; यह विचार लंबे समय तक जीवित वस्तुओं की निरंतर जांच पर सहेजना है कि क्या वे अभी भी जीवित हैं या नहीं। लेकिन हम अल्पकालिक वस्तुओं को भी जल्दी से मुक्त करने के लिए स्मृति चाहते हैं। उच्च प्रदर्शन के लिए जीसी के पास ठीक-ठाक नीतियों की एक विशाल विविधता है। वे एक ऐसे राज्य के बीच संतुलन बनाते हैं, जहां मेमोरी स्विस पनीर और संपीड़न चरण में बिताए समय के समान है। बहुत बड़ी वस्तुओं को एक विशेष ढेर में पूरी तरह से अलग संपीड़न नीति के साथ संग्रहीत किया जाता है। आदि आदि मुझे सभी विवरणों की जानकारी नहीं है और सौभाग्य से मुझे इसकी आवश्यकता नहीं है। (और निश्चित रूप से, मैंने उन विवरणों के साथ मामलों को जटिल नहीं किया जो इस लेख के लिए प्रासंगिक नहीं थे, जैसे "बाध्यकारी वस्तुएं" ****, अंतिम रूप देना, कमजोर लिंक, आदि)



अब इसकी तुलना स्टैक से करें। ढेर, ढेर की तरह, ऊपरी सीमा से एक सूचक के साथ स्मृति का एक बड़ा हिस्सा है। लेकिन क्या वास्तव में स्मृति के इस टुकड़े को एक स्टैक बनाता है यह है कि स्टैक के नीचे की मेमोरी हमेशा स्टैक के शीर्ष पर मेमोरी से अधिक समय तक रहती है; स्टैक सख्ती से आदेश दिया गया है। जिस वस्तु को पहले मरना चाहिए वह ऊपर है, जिस वस्तु को अंतिम बार मरना चाहिए वह नीचे है। इसके आधार पर, हम जानते हैं कि स्टैक में कभी छेद नहीं होंगे और इसे कभी भी संपीड़न की आवश्यकता नहीं होगी। हम यह भी जानते हैं कि स्टैक पर मेमोरी हमेशा शीर्ष से मुक्त हो जाती है और हमें मुक्त क्षेत्रों की सूची बनाए रखने की आवश्यकता नहीं है। हम जानते हैं कि नीचे दिए गए स्टैक पर सब कुछ जीवित रहने की गारंटी है और हमें कुछ भी चिह्नित करने और इकट्ठा करने की आवश्यकता नहीं है।



स्टैक पर मेमोरी आवंटित करना केवल पॉइंटर को आगे बढ़ाना है - ठीक उसी तरह जैसे कि सबसे अच्छा (और काफी विशिष्ट) केस है जब ढेर पर मेमोरी आवंटित करते हैं। लेकिन स्टैक के इन सभी गुणों के कारण, मेमोरी को मुक्त करना भी एक संकेतक चाल है! और यह वही है जहाँ हम बहुत समय बचाते हैं। मुझे यह राय मिली कि बहुत सारे लोग सोचते हैं कि ढेर पर आवंटन सस्ता है, और ढेर पर - सड़कें। लेकिन वास्तव में, ये लगभग समान समय के संचालन हैं, आमतौर पर। लेकिन मेमोरी को मुक्त करने की प्रक्रिया मेमोरी को खाली कर रही है, पीढ़ी से पीढ़ी तक वस्तुओं को डीफ़्रेग्मेंटिंग और स्थानांतरित कर रही है, ये सभी एक साथ मेमोरी ब्लॉक के बहुत महत्वपूर्ण आंदोलनों हैं जो हम स्टैक पर देखते हैं।



जाहिर है, यदि आप कर सकते हैं तो एक गुच्छा से एक स्टैक का उपयोग करना बेहतर है। लेकिन आप कब कर सकते हैं? केवल जब स्टैक के लिए सभी शर्तों को पूरा किया जाता है। स्थानीय चर और महत्वपूर्ण प्रकार के पैरामीटर "मधुरतम" मामले हैं जब सभी शर्तें पूरी होती हैं। स्टैक के निचले भाग में स्थित कॉलिंग फ़ंक्शंस का स्थानीय डेटा कॉल किए गए फ़ंक्शंस के शीर्ष पर स्थित स्थानीय डेटा की तुलना में लंबे समय तक गारंटीकृत रहता है। महत्वपूर्ण प्रकारों के स्थानीय चर मान से पारित किए जाते हैं, और संदर्भ द्वारा नहीं, यह सुनिश्चित करता है कि किसी दिए गए स्मृति के केवल एक स्थानीय चर अंक और ऑब्जेक्ट के जीवनकाल को निर्धारित करने के लिए गणना करने की आवश्यकता नहीं है। और एक महत्वपूर्ण स्थानीय चर के संदर्भ को पारित करने का केवल एक ही तरीका है - ये रेफ या आउट हैं, जो स्टैक पर ऊपर स्थित फ़ंक्शन को पास किए जाते हैं। फ़ंक्शन अपस्ट्रीम नियंत्रण को नियंत्रित करने तक, नीचे स्थित स्थानीय चर अभी भी जीवित हैं, इसलिए संदर्भ द्वारा पारित वस्तुओं का जीवनकाल नहीं बदलेगा।



कुछ अतिरिक्त:

ऊपर दिए गए पैराग्राफ में बताया गया है कि हम टाइप रिफ इंट का फील्ड क्यों नहीं बना सकते हैं। यदि आप एक लंबे समय से जीवित वस्तु के क्षेत्र के अंदर एक जीवनकाल के साथ एक वस्तु का संदर्भ रख सकते हैं, अगर यह अचानक हुआ, तो स्टैक अपने फायदे खो देगा और महत्वपूर्ण प्रकार केवल अन्य प्रकार के संदर्भ प्रकार बन जाएंगे जिन्हें कचरा संग्रह की आवश्यकता है।



अनाम कार्यों के क्लोजर और ऑपरेटरों के ब्लॉक को बंद करना, संकलक को छिपी हुई कक्षाओं के क्षेत्रों के माध्यम से लागू करता है। अब, मुझे लगता है, आप समझते हैं कि रेफरी और वेरिएबल्स को बंद करना क्यों मना है।



बेशक, हम "बदसूरत और अजीब नियम नहीं बनाना चाहते हैं, जैसे" आप किसी भी स्थानीय चर का उपयोग बंद कर सकते हैं सिवाय फ़ंक्शन मापदंडों को छोड़कर रेफ और आउट के। लेकिन कब से चूंकि हम अनुकूलन का उपयोग करना चाहते थे, ढेर पर मूल्यों को रखकर, हमें भाषा के लिए इस तरह के अजीब प्रतिबंध को जोड़ने के लिए मजबूर किया गया था। यह, हालांकि, हमेशा की तरह, समझौता करने की कला है।



वैसे, सीएलआर आपको रेफ प्रकार वापस करने की अनुमति देता है। सैद्धांतिक रूप से, आप एक विधि "रेफरी इंट फू () {...}" बना सकते हैं जो एक पूर्णांक चर का संदर्भ देता है। यदि किसी अजीब कारण से हमने इसे C # में अनुमति देने का फैसला किया है, तो हमें संकलक को समायोजित करना होगा और जांचना होगा कि वापस दिया गया लिंक या तो ढेर पर एक चर या नीचे स्थित स्टैक पर स्थित एक चर को सौंपा गया है।



आइए अपनी भेड़ों के पास वापस जाएं। स्थानीय चर स्टैक पर स्थित हैं क्योंकि वे कर सकते हैं। वे इसलिए कर सकते हैं क्योंकि 1 - "सामान्य" स्थानीय चर का कड़ाई से परिभाषित जीवनकाल होता है और 2 - महत्वपूर्ण प्रकार हमेशा मूल्य और 3 द्वारा कॉपी किए जाते हैं - आप केवल कुछ कंटेनर में स्थानीय चर के लिए एक लिंक स्टोर कर सकते हैं, जिसका जीवनकाल स्थानीय जीवनकाल से लंबा है चर। इसके विपरीत, संदर्भ प्रकारों का जीवनकाल संदर्भों द्वारा कॉपी किए गए लाइव लिंक की संख्या से निर्धारित होता है, और इन लिंक को कहीं भी संग्रहीत किया जा सकता है। यह अतिरिक्त स्वतंत्रता है जो संदर्भ प्रकार आपको देते हैं जब अधिक जटिल और महंगी कचरा संग्रह रणनीति के बदले समय मांगते हैं।



लेकिन फिर, ये कार्यान्वयन विवरण हैं। स्थानीय चर के लिए स्टैक का उपयोग करना एक अनुकूलन है जो सीएलआर आपके लिए करता है। महत्वपूर्ण प्रकारों की मुख्य विशेषता यह है कि इस प्रकार की वस्तुओं को मूल्य द्वारा कॉपी किया जाता है, न कि यह कि रनटाइम द्वारा उनकी मेमोरी को ऑप्टिमाइज़ किया जा सकता है।

(*) अनुवादक से: .net में अभी भी आंतरिक सीएलआर वस्तुओं के लिए एक गुच्छा है, लेकिन वे आमतौर पर इस पर विचार नहीं करते हैं, इसलिए इस मामले में हमारा मतलब है कि एक गुच्छा जो जीसी एकत्र करता है और जिसमें उपयोगकर्ता द्वारा बनाई गई वस्तुओं के उदाहरण संग्रहीत होते हैं।

(**) अनुवादक से: इस संदर्भ में संपीड़न डीफ़्रैग्मेन्टेशन के बराबर है

(***) अनुवादक से: कचरा संग्रह के दौरान एकत्र नहीं किया गया

(****) अनुवादक से: मूल पिनिंग में - ऐसी वस्तुएं जो जीसी मेमोरी में नहीं चलती हैं। यहाँ अधिक जानकारी: msdn.microsoft.com/en-us/library/f58wzh21%28VS.80%29 .aspx