三色標記法 GC

一、概述

三色標記法 GC（Garbage Collection）是一種自動管理內存的技術，被廣泛應用於現代編程語言中。相比手動管理內存的方式（如C/C++），三色標記法 GC 對程序員來說更加方便和安全。

三色標記法 GC 的基本原理是通過標記演算法進行垃圾回收。標記演算法分為兩種：

• 標記-清除演算法：遍歷對象，標記出所有存活的對象，然後清除未被標記的對象。
• 標記-複製演算法：將存活的對象複製到另一塊內存中，然後清除剩餘未被複制的內存。

三色標記法 GC 則是基於標記-複製演算法進行優化的一種 GC 演算法。

二、演算法流程

三色標記法 GC 的流程可以分為三個階段：

• 標記階段：從根對象開始，對所有可達對象進行標記，一般使用黑色標記表示對象存活。
• 掃描階段：將所有標記對象放入灰色隊列中，然後輪流掃描隊列中的對象，將其引用的對象標記為灰色，然後放入灰色隊列中。
• 清除階段：將未被標記的對象從內存中刪除，同時將灰色對象重新標記為黑色。

三、演算法實現

下面是三色標記法 GC 的代碼示例：

class GC {
  public:
    static void collect() {
        for (auto& o : roots) {
            mark(o);
        }
        sweep();
    }

    static void add_root(Object* o) {
        roots.insert(o);
    }

    static void remove_root(Object* o) {
        roots.erase(o);
    }

  private:
    enum class Color {
        White,
        Gray,
        Black
    };

    static set