在C中，为什么getenv返回的指针会自动回收？答案

【问题标题】：In C, why is the pointer returned by getenv automatically reclaimed?在C中，为什么getenv返回的指针会自动回收？
【发布时间】：2022-01-21 10:28:46
【问题描述】：

我用下面的代码测试getenv返回的指针，如果不空闲，测试会导致内存泄漏。

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

void demo() {
    const char *home = getenv("HOME");
    printf("%s\n", home);
}

int main() {
    demo();
    return 0;
}

我使用 Valgrind 来检测内存泄漏：

$ gcc main.c -o main
$ valgrind --tool=memcheck --leak-check=full --show-leak-kinds=all ./main

结果如下：

==134679== Memcheck, a memory error detector
==134679== Copyright (C) 2002-2017, and GNU GPL'd, by Julian Seward et al.
==134679== Using Valgrind-3.18.1 and LibVEX; rerun with -h for copyright info
==134679== Command: ./demo
==134679== 
/home/aszswaz
==134679== 
==134679== HEAP SUMMARY:
==134679==     in use at exit: 0 bytes in 0 blocks
==134679==   total heap usage: 1 allocs, 1 frees, 1,024 bytes allocated
==134679== 
==134679== All heap blocks were freed -- no leaks are possible
==134679== 
==134679== For lists of detected and suppressed errors, rerun with: -s
==134679== ERROR SUMMARY: 0 errors from 0 contexts (suppressed: 0 from 0)

表示申请了一块内存，回收了一块内存。为什么getenv得到的指针会被自动回收？

如果我在代码中添加free((void *)home)，会不会影响全局环境变量？

【问题讨论】：

为什么你认为从getenv得到的指针实际上指向的是堆上分配的内存？
man7.org/linux/man-pages/man3/getenv.3.html 解释了一切。
不要将指针与其指向的内容混淆。指针本身有自动存储，它指向的对象是一个字符串，不是你管理的
这将具体到如何指定getenv()，以及实现者如何选择满足该规范。在 C++ 中，任何具有静态存储持续时间的对象都会在main() 正常返回后被销毁，其构造顺序与它们的构造顺序相反。因此，实现getenv() 以提供您在 C++ 中描述的行为肯定是可行的。（不对它是否用 C++ 实现发表任何评论 - 只是，任何语言的可行性都表明它在技术上总体上是可行的）。
你永远不应该free 一个由getenv 获得的指针，因为它没有指向malloc 返回的内存。有问题的内存块可能由printf 分配和释放，而不是getenv。

标签： c memory-leaks environment-variables valgrind

【解决方案1】：

https://man7.org/linux/man-pages/man3/getenv.3.html 没有提到getenv() 的返回值是在堆上分配的。因此，将其视为argv。

虽然我自己很少看到这种情况发生，但在某些实现中，getenv() 可能会在堆上分配内存并返回指向它的指针。因此，最好查看操作系统的手册页。

只有在堆上分配的内存必须是free()d。

而且，通常仅在调用malloc()、calloc()、realloc()、strdup() 等时返回指向分配在堆上的内存的指针。

无论如何：

如果您确实在getenv() 返回的指针上调用free()，如果您的操作系统没有返回指向堆内存的指针，这是未定义的行为。

哇，我差点没看到这个！：
我认为这让你感到困惑：

usage: 1 allocs, 1 frees

printf() 可以在堆上分配并在返回之前释放它。

编辑：

使用gdb，我们可以发现：

#0  __GI___libc_malloc (1024) // and indeed it calls with 1024 bytes
#1  __GI__IO_file_doallocate ()
#2  __GI__IO_doallocbuf ()
#4  _IO_new_file_xsputn ()
#5  _IO_new_file_xsputn ()
#6  __GI__IO_puts
#7  demo ()
#8  main ()

printf() 好像被puts() 代替了，puts() 通过长长的函数调用链调用malloc()。

但是，它似乎没有调用free()。我认为它调用了其他一些释放内存的函数。我还在研究。

【讨论】：

“getenv() 在堆上分配并在返回之前释放它”，为什么要这样做？你想到了什么样的 getenv 实现？
我的意思是说getenv()可能。只是一个错字。
"... 在某些实现中，getenv() 可能会在堆上分配内存并返回指向它的指针。"你有参考吗？我不认为这是正确的，所以我想看看参考。 C 标准中对getenv 的完整描述表明该指针指向一个已经存在于内存中的字符串。
@4386427 我觉得还是可以的，linux是一个非常大的开源社区，有很多人修改linux代码让linux在自己的设备上运行。我们无法知道他们将如何修改 linux。
@aszswaz getenv 是标准的 C 函数，所以行为必须一致

【解决方案2】：

环境在初始进程堆栈上初始化，就在参数argc和argv到main()的上方。

一般情况下，由于环境生命和参数本身就是整个程序生命，所以常见的实现是在栈中压入环境字符串、环境数组、主函数参数字符串和命令行数组，就在压入栈之前。三个变量（历史上main() 有第三个参数environ，它也被传递给main）由于遗留代码的原因，这个环境指针仍然被传递给main。

试试下面的程序：

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

int main(int argc, char **argv, char **environ)
{
    printf("argc = %d\n", argc);
    printf("args:");
    for (int i = 0; i < argc; i++) {
        printf(" [%s]", argv[i]);
    }
    printf("\n\nEnvironment:\n");
    for (char **p = environ; *p; p++) {
        printf("  %s\n", *p);
    }
    return 0;
}

getenv() 返回的不是静态分配的数据，也不是堆中动态分配的数据。它存储在堆栈中（几乎所有类似 POSIX 的操作系统都以相同的方式解决此问题）就在 main() 参数上方（您可以使用调试器检查它，查看字符串的确切位置，我已经完成了也）

所以您的问题与getenv() 无关，它不使用malloc() 将动态分配的字符串返回给您。您需要在别处寻找 Valgrind 识别为动态的内存（它没有显示任何问题）

认为 valgrind 可以识别您使用malloc()（或其任何朋友）而不是free()d 分配的内存，并且报告说exit() 没有分配内存。所以getenv() 不会分配内存来给你环境内容。

如果您阅读内核如何初始化进程内存的初始堆栈，您会发现非常有趣的事情（从堆栈的最深处到堆栈的顶部列出）：

当存在挂起的中断时，有一些固定的机器代码可以正确地从内核模式返回（只有在内核从内核模式切换到用户模式时才会执行中断，因为它们必须在用户模式下执行处理程序代码，而不是在内核中模式，原因很明显）
有一个遗留结构来保存命令行参数并允许内核访问命令参数以使 ps(1) 命令正常工作。这不再是真的，因为它代表了将内核信息放入用户空间的安全漏洞，但结构仍然存在，供遗留代码使用。命令的参数现在在内核空间中，只能通过特殊的系统调用来修改。
所有的字符串都关联到进程的接收环境。
指向环境字符串的指针数组也存储在堆栈中。这包括一个最终的 NULL 指针，以便能够识别数组的结尾。
命令行参数的所有字符串也都存储在那里。
命令行参数的指针数组（包括最后一个NULL指针，不计入argc）。
参数environ 带有指向环境字符串数组的指针。
参数argv 带有指向命令行参数数组的指针。
参数argc带命令行参数个数（包括程序名，但不包括最后一个NULL指针）

【讨论】：