Ruby

以Ruby为例浅谈动态语言的赋值机制

  1. 问题提出
  2. 结论
  3. 数组解释
  4. 数字解释 1
  5. 数字解释 2
  6. 对该特性的思考
  7. Ruby与Python的内存管理机制
1.问题提出

最近的数值计算实验纠结了一下最后想用Ruby解决,结果在中途发现了这样的一个问题。

定义一个二维数组ary,我先是给 ary[0][0]赋值为 1,再是给 ary[1][0]赋值为 233,结果输出 ary[0][0] 居然为 233,输出整个ary ,发现每个数组第一项都是 233 。

详细介绍的可以看我在Ruby China发的帖子

2.结论

在这里我以Ruby为例详细介绍一下动态语言的赋值机制。

首先我们先明确几点:
1. 在ruby中参数的传递永远都是引用。
2. 每一个变量保存的都是对对象的引用。
3. 我们访问对象都是通过引用间接访问的。

3.数组解释

这该如何理解呢?以我上面那个Array.new(6,Array.new(6,0))来说,ruby先执行里表达式,创建一个Array对象并返回其引用 设为α;然后执行,外Array.new,创建6个对 α 的引用,就是对引用的引用,但最后还是引用自对象。因此ary的6个对象都为引用,如果我改变这个对象的值,那么ary的6个引用都将随之改变。

那么如果我要定义一个数组,并初始化其中几个值又应该怎么做呢。

当然是去从本质上解决问题啊。答案应该是将后一个Array.new通过块传入:

Arrar.new(6) { Array.new(6,0) }

假设你拥有block的知识,在 6 次Array.new 的每个块中,都会执行一次 Array.new(6,0)并返回这个Array.new的引用,就会得到6个不相同的对象。简单说,通过block传参,block中的代码每次都会被重新执行一遍。而直接传参就只会将参数的引用传递过来。

4.数字解释 1

解决了数组问题,再来解释一下最平常不过的数字。先贴上我的理解来源,并向大佬表示感谢。

def pref3(a)
  a = 5
  a.object_id
end

a = 1
a.object_id #输出3

pref3(a) #输出11
puts a 

这段代码很容易陷入怀疑 在ruby中参数的传递永远都是引用 正确性的误区:
“如果我传递的是引用,那么我在函数内部发生的变化理应对外部也产生影响呀,为什么输出仍然是1呢??”

在这里,经过 pref3 的调用, a仍然会是 3 ,然而在函数内和函数外的 object_id 却是不同的。这很显然,我们会很自然地去认为,这两个 a 所引用的并不是同一个对象,而实际上也是如此。

现在让我们来重新理解一下Ruby的赋值机制。它大致分为两个步骤:
1. 根据右值创建对象并返回该对象的引用。
2. 不论左值是否为空,左值所引用的对象又是什么类型,右值的引用都会将其覆盖。

也就是说在函数体 pref3 中的 a 初始是 ==对象 1== 的引用,而在执行 a = 5 时,ruby会先创建一个==对象 5== , 并使其引用覆盖掉 a 的原引用对象 ==对象 1==。
至此,一切都理论都得以成立。

5.数字解释 2

再试着来理解一下这段代码

def pref3(a,b)
  a,b = b,a
end

a,b = 1,2
pref3(a,b)
puts a,b #输出 1,2

根据上述,每一个变量保存的都是对 对象的引用,那么在 pref3 中,a,b,其实是对函数外 a,b的引用,即==对象 1和对象 2==引用的引用,通过递归仍然是对==对象 1和对象 2==的引用。
而在此我交换 a,b 实质上是把,b的对象引用覆盖给了a,a的对象引用覆盖给了b,而函数中的两个变量 a,b ,因为其本身是局部变量,且为引用,引用之间的交换并不会对函数外的对象引用产生任何影响,更不会对所引用对象产生任何影响。

于是乎,结果仍然是

1,2

6. 对该特性的思考

总的来说,这个赋值机制还是比较方便的,比较纯粹的。我本人就比较喜欢纯粹的事物,Linux下一切皆文件,Ruby下一切皆对象,动态语言下一切变量皆引用,一切问题皆网络流!!

但是,在我突然意识到,如果我的理论一切都完美成立的话,就会发生内存上的问题。因为我们在创建对象的时候返回的是其引用,我们根本无法直接访问到它,更别谈什么主动释放了。

为什么我想主动释放呢,也许我们对一些特殊的变量一申请,一创建,就会从头用到尾,但是Ruby下一切皆对象,对于数字和字符串这些频繁使用的对象来说,不释放空间非常容易产生内存问题。

然而睡了个觉,回头一想,突然想起了Programming Ruby中关于内存释放有一个自己的机制:
ruby在每次创建变量,传递参数的时候都会对被引用次数进行计数,如果这个被引用次数变为0了,就会自动被释放。这个机制实在是妙哉!!

一想到这,我想我跟松本弘行应该是想到一块去了。蛤蛤蛤!


updated time : May 16

6. Ruby与Python的内存管理机制

自己YY就以为这个问题解决了,没想到被大佬指出了错误,真的是醍醐灌顶。

引用计数这种内存管理机制是地的确确存在的,并且是python所使用的,但Ruby用的是另外一种管理机制 mark and sweep。
首先献给处大佬给我学习的 博文 ,并对大佬和作者表示感谢,然而这篇文章,主要针对的还是小白,如果用来复习就有点得不偿失了。所以我这里简单说一下个人理解,如果与原博文有任何冲突,一切以原博文为主。

Ruby:
预先创建一个空闲链表,一旦有 new 申请就直接从里面拿取空间,如果链表空间不够,则停止其他所有程序活动,不断迭代所有对象的引用,对 所得到的链表内部对象 进行标记,最后遍历链表,清理未标记内存,将其重新构建成一个新的空闲链表。
更深的,基于弱代假说:

年亲的对象通常死得快,而老对象则很有可能存活更长的时间。

对一次 sweep 后被标记的对象,就会被Ruby划分为成熟对象,并在之后很长一段时间内,打赌他们不会再被取消标记。也就是说这些对象 ruby 在很长一段时间内将不会去遍历判断。
而当成熟对象的数目双倍于上次全局回收的数目时,Ruby会清理所有的标记并将所有的对象都视为新对象以重新清理。

Python:
python采取引用标记机制,因为互相引用的情况存在,python不得不用上了类似与ruby的方法,建立一个引用链表称为0代链表,如果内存空间达到阈值就对链表内部进行 对循环引用的检测。其中,存留下来的转移至 1代链表 ,同理会转移至 2代链表(最多2代)。虽然都是转移,但是阈值显然是不同的,对于 0 代链表的操作显然要活跃一些,所以阈值应该是要低一些(猜测,原文中并没有说……)。然而对 2代链表之后的事情我就不清楚了……

然而说到底,这些都是博主说的,是否正确我也无法证实,但是看上去貌似灰常有道理。如果要深入研究,到头来还是得看源码……

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