分代垃圾回收器通过划分新生代和老年代，采用复制算法和标记-清除策略提升回收效率。1. 新生代使用semi-space复制，对象在from-space分配，空间不足时触发minor GC，存活对象复制到to-space并交换空间；经历多次回收仍存活则晋升至老年代。2. 老年代采用标记-清除算法，从根集开始递归标记可达对象，清除未标记对象，可选压缩减少碎片。3. 所有GC管理对象继承GCObject基类，实现trace方法追踪引用关系。4. 使用GCPtr智能指针注册根对象，维护全局roots集合用于根集扫描。5. 写屏障记录老年代对新生代的引用，避免minor GC漏标。6. 回收触发条件为新生代分配失败或老年代占用超过阈值。该设计模拟了JVM等系统的分代GC机制，适用于教学或嵌入式环境。
实现一个简单的分代垃圾回收器（Generational Garbage Collector）在C++中，主要是通过模拟对象生命周期分布规律：大多数对象“朝生夕死”，只有少数长期存活。分代GC将堆内存划分为“新生代”和“老年代”，分别采用不同的回收策略，提升效率。
1. 内存分代结构设计
把堆分成两个区域：
- 新生代（Young Generation）：存放新创建的对象。使用较小的空间，回收频繁，采用快速的复制算法（如semi-space复制）。
- 老年代（Old Generation）：从新生代中存活多次回收的对象晋升而来。空间较大，回收不频繁，可采用标记-清除或标记-整理算法。
可以定义两个管理类：
class YoungGen {void* to_space;
void* from_space;
size_t used;
public: void collect(); // 触发minor GC
};
class OldGen {
std::vector
std::set
public: void collect(); // major GC，标记-清除
};
2. 对象与指针追踪机制
C++没有内置类型信息，需手动管理对象引用关系。一种简化方式是让所有可被GC管理的对象继承自基类：
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class GCObject {public:
virtual ~GCObject() {}
virtual void trace() = 0; // 标记引用的其他GC对象
bool marked = false;
bool in_young = true; // 标识所在代 };
每个子类实现 trace 方法，递归标记其引用的成员：
class MyClass : public GCObject {public:
GCObject* child;
void trace() override {
if (child && !child->marked) {
child->marked = true;
child->trace();
}
}
};
3. 新生代回收：复制算法
新生代使用 semi-space 复制策略：
- 分配时在 from_space 中顺序分配。
- 当空间不足时，启动 minor GC。
- 遍历根集（栈、全局变量等）和老年代指向新生代的引用（需维护“记忆集”Remembered Set）。
- 存活对象复制到 to_space，更新指针。
- 清空 from_space，交换 to/from 空间。
关键点：
- 需要记录从老年代指向新生代的指针（写屏障 Write Barrier），避免漏标。
- 晋升机制：如果对象经历两次 minor GC 仍存活，则移入老年代。
4. 老年代回收：标记-清除
当老年代空间紧张或系统触发 full GC 时执行：
- 从根集开始标记所有可达对象。
- 遍历老年代对象，对已标记的保留，未标记的调用析构并释放内存。
- 可后续进行内存整理（压缩），减少碎片。
标记阶段需递归调用 trace() 方法，注意跳过已在新生代处理的对象。
5. 根集扫描与安全点
实际中难以枚举栈上所有指针。简化实现可：
- 手动注册根对象（如全局GCPtr智能指针）。
- 使用模板智能指针包装GC对象指针：
class GCPtr {
T* ptr;
static std::set
public:
GCPtr() { roots.insert(this); }
~GCPtr() { roots.erase(this); }
// 重载操作符
};
GC时遍历 roots 集合获取根对象。
6. 触发回收时机
- 每次在新生代分配失败时触发 minor GC。
- 老年代空间占用超过阈值时触发 major GC。
- 可设置最大晋升年龄，控制进入老年代的条件。
基本上就这些。虽然C++本身不提供GC，但通过对象模型+智能指针+分代策略，能模拟出基本行为。适合教学或嵌入式脚本语言运行时使用。实际性能依赖于内存布局和回收频率调优。
