堆栈的写时复制 引用计数不可变对象

问题描述

如何在大数后缀计算中实现堆栈管理的写时复制技术？

我想针对以下操作优化我的系统：

duplicate top of stack
swap the two top elements
copy the second element on stack to the top
rotate the stack making the third element on top
apply n-ary operations on the stack 

一个典型的操作从栈顶取一些参数，并留下一些结果。

我的堆栈被实现为一个数组，其中数据从低内存增长到高内存，指针从高内存增长到低内存。

解决方法

正如我所见，问题不在于写时复制技术本身，而在于内存管理和垃圾收集。

在 Forth 中，我们不能有运算符重载，并且应该为每一类数字明确单独的一组操作。那么我们有两个选择：

• 1. 对 bigint 对象（它们的处理程序）进行的一组操作，带有手动内存管理，类似于对文件、动态内存缓冲区或其他对象的操作。
• 2. 一整套操作，包括单独的堆栈，例如对浮点数的操作，以及自动内存管理。

请注意，选项 (2) 在幕后包含 (1)。

引用计数

在选项 (2) 中实现自动内存管理的一种方法是使用专用堆栈（或者可能是两个堆栈）和引用计数。堆栈包含对对象（缓冲区）的引用。如果计数器大于 1，则更改数据的操作（如 b::1+）应复制缓冲区并将引用替换为新的引用（否则数据可以在该位置更改）。

将项目（引用）放入堆栈应增加其计数器，从堆栈中移除应减少其计数器。当计数器变为 0 时，应释放缓冲区。

诸如b::dup、b::over之类的操作会增加计数器。 b::swap 不会改变任何计数器。 b::drop 减少计数器（如果计数器为 0，则释放缓冲区）。

将项目从堆栈移动到 bigint 变量不应更改结果中的计数器。但是应该减少变量先前值（如果有）的计数器。

如果命名变量和常量还不够（例如，拥有用户定义的数组），您可能需要在 API 中引入指向 bigint 对象的指针（一种匿名变量）或处理程序。

不可变对象

实现选项 (2) 的另一种方法是使用不可变对象和垃圾收集循环。这种方式我们不需要统计引用，但是需要维护外部指针列表（包括变量）。

这种垃圾收集的一个简单例子可以在彼得苏维埃托夫的 s 表达式的实现中找到：Функциональное программирование на языке Форт（俄语中的“Functional Programming in Forth language”，但它可以很容易翻译{{3} }).