编译器可以将多个 malloc 调用合并为一个吗？

Question

假设我们有以下两段代码：

    int *a = (int *)malloc(sizeof(*a));
    int *b = (int *)malloc(sizeof(*b));

和

    int *a = (int *)malloc(2 * sizeof(*a));
    int *b = a + 1;

它们都在堆上分配了两个整数，并且（假设正常使用）它们应该是等价的。第一个似乎更慢，因为它调用 malloc 两次，并且可以产生对缓存更友好的代码。然而，第二个可能是不安全的，因为我们可以通过增加 a 并写入结果指针意外地覆盖 b 指向的值（或者恶意的人可以通过知道 a 的位置立即更改 b 的值）。

上述说法可能不正确（例如，此处质疑速度：Minimizing the amount of malloc() calls improves performance?）但我的问题是：编译器能否进行这种类型的转换，或者两者之间是否存在根本不同？标准？如果可能的话，哪些编译器标志（比如说 gcc）可以允许它？

Answer 1

实际上，不，编译器永远不会自动将 2 个 malloc() 调用组合成一个 malloc() 调用。每次调用malloc() 都会返回一个新内存块的地址，不能保证分配的块将位于彼此靠近的任何位置，并且每个分配的块必须单独为free()'d。因此，没有编译器会假设多个分配块之间的关系并尝试为您优化它们的分配。

现在，可能在一个非常简化的用例中，分配和释放在同一范围内，如果可以证明这样做是安全的，那么编译器供应商可能决定尝试优化，即：

void doIt()
{
    int *a = (int *)malloc(sizeof(*a));
    int *b = (int *)malloc(sizeof(*b));
    ...
    free(a);
    free(b);
}

可以变成：

void doIt()
{
    void *ptr = malloc(sizeof(int) * 2);
    int *a = (int *)ptr;
    int *b = a + 1;
    ...
    free(ptr);
}

但实际上，没有编译器供应商会真正尝试这样做。为了这样一点点的收获，付出努力或冒险是不值得的。而且它无论如何也不会在更复杂的场景中工作，例如：

void doIt()
{
    int *a = (int *)malloc(sizeof(*a));
    int *b = (int *)malloc(sizeof(*b));
    ...
    UseAndFree(a, b);
}

void UseAndFree(int *a, int *b)
{
    ...
    free(a);
    free(b);
}

Answer 2

不，它不能，因为编译器（通常）不知道a 和b 何时可能会得到free()'d，并且如果它将它们都作为单个分配的一部分进行分配，那么它也需要同时free()他们。

Answer 3

这可能永远不会发生的原因有很多，但最重要的是生命周期，如果这些分配是独立进行的，则可以独立释放。如果一起制作，它们将锁定相同​​的生命周期。

这种细微差别最好由开发人员表达，而不是由编译器决定。

第二个“不安全”是否可以覆盖值？在 C 和扩展 C++ 中，该语言不能保护您免受不良编程的影响。您可以随时使用任何必要的手段向自己的脚开枪：

int a;
int b;

int* p = &a;
p[1] = 9; // Bullet, meet foot

(&b)[-1] = 9; // Why not?

如果你想分配 N 个东西，一定要使用calloc() 来表达它，或者使用适当大小的malloc()。除非有充分的理由，否则单独分配是没有意义的。

通常你不会分配一个int，这有点没用，但在某些情况下，这可能是唯一合理的选择。通常是更大的块，例如完整的struct 或字符缓冲区。

Answer 4

首先：

int *a = (int *)malloc(8);
int *b = a + 4;

不是你想的那样。你想要：

int *a = malloc(sizeof(*a) * 2);
int *b = a + 1;

说明指针算术是你需要学习的东西。

其次：编译器​​不会更改代码中的任何内容，也不会将任何函数调用合并为一个。您尝试实现的是微优化。如果您想使用更大的内存块，只需使用数组即可。

int *a = malloc(sizeof(*a) * 2);

a[0] = 5;
a[1] = 6;
/* some other code */

free(a);

不要使用“魔术”号是malloc 只有sizeof 的对象。不要强制转换 malloc 的结果

Answer 5

我已经用 bignum 库做到了这一点，但你只释放了一个指针。

//initialization every time program runs
extern bignum_t *scratch00;  //these are useful for taylor series, etc.
extern bignum_t *scratch01;
extern bignum_t *scratch02;

.
.
.

bignum_t *bn_malloc(int bignums)
{
    return(malloc(bignums * bn_numbytes));
}

.
.
.

//bignums specific to the program being written at the moment
bignum_t *numerator;
bignum_t *denom;
bignum_t *denom_add;
bignum_t *accum;
bignum_t *term;

.
.
.

numerator = bn_malloc(1);
denom = bn_malloc(1);
denom_add = bn_malloc(1);
accum = bn_malloc(1);
term = bn_malloc(1);