为什么 C 中的 realloc() 会改变内存？答案

【问题标题】：Why realloc() in C changes memory?为什么 C 中的 realloc() 会改变内存？
【发布时间】：2018-04-14 11:53:47
【问题描述】：

我认为realloc() 函数会重新分配内存并且不会更改它。在调试了一个我必须做的任务后，我意识到 realloc() 改变了内存中的一些元素并产生了错误。

于是我写了如下代码：

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

int main() {
    int *a, *p;
    a = (int*)calloc(10, sizeof(int));
    for (int i = 0;i < 10; i++)
        a[i] = i;
    for (int i = 0; i < 10; i++)
        printf("%d ", a[i]);
    printf("\n");
    p = realloc(a, 20);
    p[10] = 10;
    for (int i = 0; i < 11; i++)
        printf("%d ", p[i]);
    printf("\n");
    for (int i = 0; i < 10; i++)
        printf("%d ", a[i]);

    return 0;
}

我得到以下输出

谁能解释为什么会发生这种情况？

我尝试使用malloc() 而不是calloc()，但现有数组也会改变。

【问题讨论】：

为realloc() 指定的新大小以字节为单位。如果你想为 20 个int 提供新的存储空间，你需要做p = realloc(a, 20*sizeof(int))。如果 sizeof(int) 为 4，realloc(a, 20) 将调整大小为五个 int 的数组，并且访问元素 5 到 20 会给出未定义的行为。
您还应该检查calloc() 和realloc() 调用是否成功。如果失败，他们会返回 NULL。

标签： c pointers dynamic-memory-allocation realloc

【解决方案1】：

发生这种情况是因为您重新分配的项目少于项，而不是最初使用calloc 分配的项目。混淆是由于calloc 和malloc/realloc 的签名略有不同。来电

a = calloc(10, sizeof(int));

在sizeof(int)等于4的系统上分配10个sizeof(int)块，或40个字节，而

p = realloc(a, 20);

要求将该块的大小减少到 20 个字节。换句话说，calloc 会为您执行 sizeof 的乘法运算，而 realloc 和 malloc 则需要您自己执行乘法运算。

一旦您告诉 realloc 您只需要 20 个字节，任何超过第五个整数末尾的访问都是未定义的行为。

如果要将大小扩展到 20 ints，乘以 sizeof(int)：

p = realloc(a, 20*sizeof(int));

【讨论】：

@AbhishekKeshri 它没有“工作”，它是未定义的行为，看起来像是“工作”。

【解决方案2】：

来自cppreference

重新分配由以下任一方式完成：

a) 扩展或收缩 ptr 指向的现有区域，如果可能的。该区域的内容保持不变，直至较小新的和旧的尺寸。如果区域扩大，内容数组的新部分未定义。

b) 分配大小为 new_size 字节的新内存块，复制大小等于新旧大小中较小的内存区域，并释放旧块。

这取决于编译器的实现和您重新分配的大小。如果新分配的大小在没有fragment的情况下是不可占用的，那么realloc肯定会在不同的位置分配内存，这比释放已经用完的内存效率更高。

【讨论】：

【解决方案3】：

p = realloc(a, 20);

在此语句中，您将 p 重新分配为 20/4 = 5。

访问未定义的内存会导致undefined behavior。这意味着编译器可以以任何方式运行：程序崩溃、垃圾值、有时是正确的结果。

这就是你在第 5 个元素之后得到垃圾值的原因。

编辑到：p = realloc(a, 20*sizeof(int));

【讨论】：

【解决方案4】：

语句a = (int*)calloc(10, sizeof(int)); 分配10x4 即40 字节。假设从0x100 到0x140 位置。

    -----------------------------------------
   |     |    |    |   |    |    |      |    |
    -----------------------------------------
   0x100     ..      0x120                0x140
   a

接下来，当您在同一 a 上执行 realloc() 时，例如 p = realloc(a, 20);，它不会添加 20 字节，它会将整个内存减少到 20 字节本身，即从 0x100 到 0x120 现在当您访问p[10] = 10; 时，它越界，即您试图将数据放在0x140 位置附近，这会导致未定义的行为。

    --------------------
   |     |      |      | 
    --------------------
   0x100     ..      0x120 
   a                   
   p

来自man 3 realloc

realloc() 函数改变指向的内存块的大小到通过 ptr 到 size 字节。内容将在以下范围内保持不变区域的开始，直到新旧尺寸的最小值。如果新尺寸大于旧尺寸，增加的内存不会初始化。

如果你真的想将现有内存扩展20 字节，那么就这样做

p = realloc(a ,20*sizeof(int));

【讨论】：