为什么分配单个字节时地址不连续？答案

【问题标题】：Why are address are not consecutive when allocating single bytes?为什么分配单个字节时地址不连续？
【发布时间】：2013-01-14 23:39:07
【问题描述】：

我动态分配内存如下：

char* heap_start1 = (char*) malloc(1);
char* heap_start2 = (char*) malloc(1);

当我按如下方式执行 printf 时，地址不是连续的。

printf("%p, %p \n",heap_start1,heap_start2);

结果：

   0x8246008, 0x8246018

如您所见，有 15 字节的额外内存需要进行碎片整理。这绝对不是因为单词对齐。这种奇特的对齐方式背后有什么想法吗？

提前致谢！

如果这很重要，我在 linux 中使用 gcc。

【问题讨论】：

另外：Malloc 需要一些空间来自己记账。这通常是“N 字节”（对于一些小的 N）在返回的指针之前。
规范要求 malloc() 返回一个指针，该指针适合任何具有基本对齐要求的对象对齐。这几乎肯定大于 1。
另一个注意事项 - 您不需要在 C 程序中强制转换 malloc() 的返回值。
“令人惊讶的是地址不是连续的”——相反，如果它们是连续的，那将是非常令人惊讶的。 “这绝对不是因为单词对齐” - 取决于您所说的“单词”是什么意思。请阅读 malloc 文档。

【解决方案1】：

glibc 的malloc，对于小于 16 字节的小内存分配，只是将内存分配为 16 字节。这是为了防止在释放此内存时出现外部碎片，其中可用内存块太小而无法在一般情况下用于完成新的malloc 操作。

malloc 分配的块也必须足够大，以便在存储空闲块的数据结构中存储跟踪它所需的数据。

这种行为虽然会增加内部碎片，但会减少整个系统的整体碎片。

来源： http://repo.or.cz/w/glibc.git/blob/HEAD:/malloc/malloc.c （特别阅读第 108 行）

/*
...
Minimum allocated size: 4-byte ptrs:  16 bytes    (including 4 overhead)
...
*/

此外，glibc 中 malloc 调用返回的所有地址都与：2 * sizeof(size_t) 字节对齐。对于 32 位系统（例如您的系统）是 64 位，对于 64 位系统是 128 位。

【讨论】：

【解决方案2】：

至少三个可能的原因：

malloc 需要为所有原始类型生成适当对齐的内存。 ~~SSE 指令的数据需要 128 位对齐。（目前我还没有想到您的平台支持的其他 128 位原始类型。）~~
malloc 的典型实现涉及“过度分配”，以便为快速的free 存储簿记信息。不确定 Linux 上的 GCC 是否这样做。
它可能正在分配guard bytes，以便检测缓冲区溢出等。

【讨论】：

【解决方案3】：

malloc 保证返回的内存对于任何基本类型都正确对齐。此外，内存块可以填充一些保护字节以检查内存损坏，这取决于设置。

【讨论】：

【解决方案4】：

如果你想分配连续的地址，你应该在同一个 malloc 上分配它们

char *heap_start1, *heap_start2;
heap_start1 = (char*) malloc(2 * sizeof(char));
heap_start2 = heap_start1 + 1;

【讨论】：

这只是一种更好的编码习惯，你不能假设 char 的大小是 1... 在 heap_start2 赋值中你可以使用 +1 因为它是一个指针算法所以它会继续自动添加 char 的大小。
sizeof(char) 始终为 1。始终。它在语言的定义中。如果您想要更好的编码练习，我可以也许支持malloc(2 * sizeof *heap_start)，以防您以后更改类型。
什么？不，这将为两个指针分配空间。你想要两个chars，对吧？我确实错过了1 - 抱歉：malloc(2 * sizeof *heap_start1)。
永远不要假设 C 中任何数据类型的大小，尤其是在您为重用而编写代码时。你永远无法判断你的代码可以编译成什么样的架构。
@Andrew，sizeof(char) 不会改变。我完全赞成小心并编写可重用的代码，但添加不必要的混乱并不算数。