堆的基本理解答案

【问题标题】：Basic understanding of the heap堆的基本理解
【发布时间】：2015-02-19 05:35:01
【问题描述】：

我想了解更多关于堆上发生的事情。所以我看下面的C代码。它基本上只是在堆上为两个变量分配内存：

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>

int main(int argc, char* argv[])
{
    char *char_ptr;
    int *int_ptr;
    int mem_size;

    if(argc < 2)
        mem_size = 50;
    else
        mem_size = atoi(argv[1]);

    printf("\t[+] allocating %d bytes of memory on the heap for char_ptr\n", mem_size);
    char_ptr = (char *) malloc(mem_size);
    if(char_ptr == NULL)
    {
        fprintf(stderr, "Error: could not allocate heap memory. \n");
        exit(-1);
    }

    strcpy(char_ptr, "This is memory located on the heap.");
    printf("char_ptr (%p) --> '%s'\n", char_ptr, char_ptr);

    printf("\t[+] allocating 12 bytes of memory on the heap for int_ptr\n");
    int_ptr = (int * ) malloc(12);
    if(int_ptr == NULL)
    {
        fprintf(stderr, "Error: could not allocate heap memory.");
        exit(-1);
    }

    *int_ptr = 31337;
    printf("int_ptr  (%p) --> %d\n", int_ptr, *int_ptr);

    printf("\t[-] freeing char_ptr's heap memory...\n");
    free(char_ptr);

    printf("\t[+] allocating another 15 bytes for char_ptr\n");
    char_ptr = (char *) malloc(15);
    if(char_ptr == NULL)
    {
        fprintf(stderr,"Error: could not allocate heap memory.\n");
        exit(-1);
    }

   strcpy(char_ptr, "new memory");
   printf("char_ptr (%p) --> '%s'\n", char_ptr, char_ptr);

   free(int_ptr);
   free(char_ptr);
}

此代码的输出如下所示：

    [+] allocating 50 bytes of memory on the heap for char_ptr
char_ptr (0x8827008) --> 'This is memory located on the heap.'
    [+] allocating 12 bytes of memory on the heap for int_ptr
int_ptr  (0x8827040) --> 31337
    [-] freeing char_ptr's heap memory...
    [+] allocating another 15 bytes for char_ptr
char_ptr (0x8827050) --> 'new memory'

所以我猜 char_ptr 是指向分配内存的开头（0x8827008），对吧？

由于分配了 50 个字节，因此该内存的末尾应指向地址 0x882702A。下一个内存分配从地址 0x8827040 开始。我的问题是：为什么 int_ptr 不指向 0x882702B （第一次内存分配后的下一个地址）？或者换句话说：0x772702A 和 0x8827040 之间的内存发生了什么？

【问题讨论】：

是什么让你认为它应该指向下一个地址？ malloc可以随意分配物品；它不是堆栈或凹凸分配器。
标准警告：请do not castmalloc()的返回值。
@SouravGhosh 感谢您提供的信息！

标签： c memory-management heap-memory

【解决方案1】：

谢谢大家的回答！他们帮助很大！我对堆的概念有一个根本性的误解。

总结一下已经说过的话：

除了实际值之外，还有每个内存块的“隐藏”信息
堆不需要将各个内存块“串在一起”

很遗憾，我不能给你们任何人投票，因为我没有 15 声望。我希望你原谅我;-)

【讨论】：

【解决方案2】：

可能是因为堆的控制信息是内联存储的。

换句话说，每个块可能在其前面有一个“隐藏”部分，其中包含控制信息，如块大小、到下一个块的链接、检测损坏的标记等等。

它还可能为您提供比请求更多的内存，例如确保它是 16 个字节的倍数（尽管您仍然只能使用您要求的内容）。

然而，最重要的是，您不能依赖任何这些。它可能会因不同的实现、不同的版本或代码运行的日期而改变:-)

您可以确定的是标准中规定的内容 - 它会为您提供 NULL 或可以在任何地方的可用地址。

【讨论】：

【解决方案3】：

malloc() 不一定在下一个内存地址分配。以下是为什么不这样做的一些原因：

malloc() 只保证返回一些分配的内存。它的工作原理取决于malloc() - 从接口定义的角度来看，它是一个黑匣子。弄清楚里面发生了什么可能很有趣，但不是标准的一部分。
malloc() 会将分配对齐到方便的边界（通常是 64 位平台上的 64 位边界）。
其他库调用之前可能有 free()'d 块，因此您会在一个空洞内获得分配 - 即在之前 free()d 块内存中。
描述堆的内部数据结构紧接在分配数据结构之前。在一个简单的实现中，它们将是一个链表。
malloc() 从多个地方获取内存；是的，它使用堆（和brk/sbrk），但对于更大的分配，它将使用mmap() 和MAP_ANON。

所有这些因素都可能导致分配不在“下一个内存地址”。

【讨论】：

【解决方案4】：

具体情况取决于您的 C 库（又取决于您的操作系统）。您看到的现象有两个因素：

从 malloc 获得的每个内存块都以标头为前缀（通常为 16 个字节）。但是，malloc 只返回一个指向标头之后的指针。
每个内存块必须对齐到最大对齐单元的倍数。通常（取决于微处理器），最大对齐为 8 个字节。用于实现对齐的字节称为填充。

因此，以 ...2A 结尾的块被填充到 ...30，然后添加 16 字节的 malloc 标头，并且您的下一个块从 ...40 开始。

【讨论】：