当free（）从堆中释放块时会发生什么？

Question

所以我在堆中分配了256个块：

char* ptr1 = malloc(128);
char* ptr2 = malloc(128);

现在，在我释放ptr2之后，我认为它当前位于堆顶部，程序中断（堆的当前位置）不会减少。但是，如果我执行另一个malloc，则malloc返回的地址与释放的地址相同。

所以我有以下问题：

当我释放一个块时，为什么程序没有减少？ 当我自由地调用究竟发生了什么？它如何跟踪释放的内存，以便下次我声明malloc时地址是相同的？

Answer 1

这是未指明的行为。除非您只关心一个特定的平台/ os / compiler / libc组合，否则您不能依赖任何单一答案。您没有指定操作系统，C标准没有描述或要求任何特定的实现。从C99（我还没有最终发布的C11版本）：

7.20.3

  

连续调用分配的存储顺序和连续性   calloc，malloc和realloc函数未指定。指针   如果分配成功，则返回适当的对齐，以便它可以   被分配给指向任何类型对象的指针，然后用于访问   分配的空间中的此类对象或此类对象的数组   （直到空间被明确解除分配）。一生的一生   分配的对象从分配扩展到解除分配。   每个这样的分配都应该产生一个指向不相交的对象的指针   任何其他物体。返回的指针指向开头（最低点   字节地址）分配的空间。如果空间不能   分配后，返回空指针。如果空间的大小   请求为零，行为是实现定义的：a   返回null指针，或者行为就像大小一样   非零值，但不应使用返回的指针   访问一个对象。

Answer 2

这个manual的GNU libc可能会有所帮助。

这是要点

  

有时，free实际上可以将内存返回给操作系统   并使过程更小。通常，它所能做的只是稍后允许   调用malloc来重用空间。与此同时，空间仍然存在   在您的程序中作为malloc内部使用的自由列表的一部分。

Answer 3

  

当我释放一个块时，为什么程序不会中断？

我相信它不会减少，因为已经为该程序提供了内存。

  

当我致电free()时究竟发生了什么？

该部分内存被标记为可分配，其先前的内容可以被覆盖。

考虑这个例子......

[allocatedStatus][sideOfAllocation][allocatedMemory]
                                   ^-- Returned pointer

考虑到这一点，free()可以将[allocatedStatus]标记为false，因此堆上的未来分配可以使用该内存。

  

如何跟踪free() d内存，以便下次我声明   malloc()地址是一样的吗？

我不认为这样。它只是扫描了一些空闲内存，发现之前被标记为空闲的块。

Answer 4

我相信这完全取决于操作系统一旦你调用free（），它可能会选择立即回收那个内存或者不关心，只是将该内存段标记为可能的后续时间（可能是同样的事情） 。据我所知，在Windows上的free（）之后，内存（如果很重要）显示在任务管理器中可用。

请记住，我们在这里讨论的内存是虚拟。这意味着操作系统可以告诉您它想要的任何内容，并且可能无法准确表示机器的物理状态。

想想如果你在编写操作系统时如何管理内存分配，你可能不想做任何可能浪费资源的事情。我们在这里讨论128个字节，您是否希望浪费宝贵的处理时间来单独处理它？这可能是这种行为与否的原因，至少是合理的。 在循环中执行，然后在另一个循环中执行free（）或者只分配大块内存，看看会发生什么，实验。

Answer 5

以下是内存分配器的工作原理：

你有一个分配器，它有一堆“bins”（“空闲列表”），它们只是空闲内存块的链接列表。每个bin都有一个与之关联的不同块大小（即：你可以有一个8字节块，16字节块，32字节块等的列表......甚至任意大小，如7或10字节块）。当程序请求内存时（通常通过malloc（）），分配器将转到适合您数据的最小bin，并检查其中是否有任何空闲内存块。如果没有那么它将从操作系统（通常称为页面）请求一些内存并切断它返回到一堆较小的块以填充bin的块。然后它会将这些空闲块之一返回给您的程序。

当你自由呼叫时，分配器获取该内存地址并将其放回到它所来自的bin（也就是空闲列表）中，并且每个人都很高兴。 ：）

内存仍在使用，因此您不必保留分页内存，但对于您的程序，它是免费的。