内存操作 malloc 和 free 究竟做了什么？答案

【问题标题】：What do the memory operations malloc and free exactly do?内存操作 malloc 和 free 究竟做了什么？
【发布时间】：2013-11-22 02:02:10
【问题描述】：

最近遇到内存释放问题。首先，打击是C代码：

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
int main ()
{
      int *p =(int*) malloc(5*sizeof (int));

      int i ;
      for(i =0;i<5; i++)
           p[i ]=i;
      p[i ]=i;
      for(i =0;i<6; i++)
           printf("[%p]:%d\n" ,p+ i,p [i]);
      free(p );
      printf("The memory has been released.\n" );
}

显然，存在内存超出范围的问题。当我使用 VS2008 编译器时，它会给出以下输出和一些关于内存释放的错误：

[00453E80]:0
[00453E84]:1
[00453E88]:2
[00453E8C]:3
[00453E90]:4
[00453E94]:5

但是当我使用 cygwin 的 gcc 4.7.3 编译器时，我得到以下输出：

[0x80028258]:0
[0x8002825c]:1
[0x80028260]:2
[0x80028264]:3
[0x80028268]:4
[0x8002826c]:51
The memory has been released.

显然，代码运行正常，但5没有写入内存。所以VS2008和gcc在处理这些问题上可能存在一些差异。各位大神能不能给个专业的解释？提前致谢。

【问题讨论】：

您为 5 个项目分配了空间，但索引超出了分配量的末尾。这是未定义的行为，任何事情都可能发生。
您的第二个 for 循环超出了分配的范围。 p[5] 就是当时内存中的任何值。
糟糕，我没有看到多余的 p[i] = i，这意味着最后一个值应该是 5。不确定 gcc 在那里做了什么。

标签： c++ c visual-studio-2008 gcc

【解决方案1】：

这是正常的，因为您从未将任何数据分配到 p[5] 的内存空间中。该程序将只打印该空间中存储的任何数据。

【讨论】：

【解决方案2】：

没有确定性的“对此的解释”。超过分配的内存限制将数据写入未知领域会导致未定义的行为。行为是不可预测的。仅此而已。

看到51 打印在那里仍然很奇怪。通常，GCC 也会打印 5，但会在 free 处显示内存损坏消息而失败。您如何设法使此代码打印51 并不完全清楚。我强烈怀疑您发布的代码不是您运行的代码。

【讨论】：

这里的代码正是我运行的。我知道索引超出范围。我想知道为什么代码会免费崩溃。 free怎么知道要释放的内存大小是多少？
malloc 保存在特定地址分配的内存量，因此free 可以释放相同的量。 malloc 如何保存该值以及对分配块周围的任何损坏检查都是特定于实现的。
我的同事给了我一些解释，VS2008会检查内存中的值是否有效来决定它要释放的内存大小。

【解决方案3】：

您的问题似乎有很多，所以，让我尝试分别回答：

在第一种情况下 (VS2008)，free 似乎会在标准输出上报告错误消息。对我来说，这条错误消息是什么并不明显，因此很难解释发生了什么，但您稍后会在评论中询问 VS2008 如何知道您释放的内存大小。通常，如果您分配内存并将其存储在指针 p 中，许多内存分配器（malloc/free 实现）在 p[-1] 处存储已分配内存的大小。在实践中，通常还会在地址 p[p[-1]] 处存储一个特殊值（例如，0xdeadbeaf）。这个“金丝雀”会在空闲时被检查，看看你是否写到了数组的末尾。总而言之，您的 5*sizeof(int) 数组可能至少有 5*sizeof(int) + 2*sizeof(char*) 字节长，并且使用 VS2008 编译的代码使用的内存分配器内置了很多检查。
对于 gcc，我发现打印出 51 令人惊讶。如果你想调查为什么会这样，我建议获取生成代码的 asm 转储，并在调试器下运行它以检查 5 是否真的写在数组的末尾（gcc 很可能决定不生成该代码，因为它是“未定义的”），如果是，则在该内存位置放置一个观察点，以查看谁覆盖它、何时以及为什么覆盖它。

【讨论】：

感谢您的详细回复。我更了解内存分配。