当使用free()函数释放堆上的内存块时会发生什么？

Question

所以我在堆中分配了256个块：

char* ptr1 = malloc(128);
char* ptr2 = malloc(128);

现在我释放ptr2，假设它当前位于堆的顶部，程序断点（堆的当前位置）不会减少。但是，如果我进行另一个malloc，则malloc返回的地址与已释放的地址相同。

所以我有以下问题：

当我释放一个块时，为什么程序断点不会减少？ 调用free时发生了什么？它如何跟踪已释放的内存以便下一次声明malloc时地址相同？

- as3rdaccount

Answer 1

这是未指定的行为。除非您只关心一个特定的平台/操作系统/编译器/libc组合，否则不能依赖于任何单个答案。您没有指定操作系统，而C标准也没有描述或要求任何特定的实现。从C99开始（我还没有最终发布的C11版本）：

7.20.3

连续调用calloc、malloc和realloc函数分配的存储空间的顺序和连续性是未指定的。如果分配成功，则返回的指针适当地对齐，以便将其分配给任何类型的对象的指针，然后用于访问分配的空间中的这种对象或这种对象的数组（直到显式释放空间）。分配的对象的生命周期从分配开始到释放为止。每次此类分配都应产生指向与任何其他对象不相交的对象的指针。返回的指针指向分配空间的起始位置（最低字节地址）。如果无法分配空间，则返回空指针。如果请求的空间大小为零，则行为是实现定义的：可能返回空指针，或者行为就像大小是某个非零值一样，但返回的指针不得用于访问对象。

- Randy Howard

Answer 2

这里是需要翻译的内容：

这个GNU libc手册可能会对你有所帮助。

以下是要点：

有时，free实际上可以将内存返回给操作系统并使进程变小。通常情况下，它只能允许稍后调用malloc来重用该空间。同时，该空间仍然作为malloc内部使用的空闲列表的一部分留存在程序中。

- Barath Ravikumar

Answer 3

我认为一旦你调用free()，就完全取决于操作系统，它可能会立即回收该内存，也可能不关心并将该内存段标记为以后可能获取的内存（很可能是同样的事情）。据我所知，在Windows上，如果该内存（如果很大）在free()之后立即显示在任务管理器中。

请记住，我们在这里谈论的内存是虚拟的。因此，操作系统可以告诉您任何它想要的内容，并且可能不是机器物理状态的准确表示。

想想如果你正在编写一个操作系统，你会如何管理内存分配，你可能不想做任何可能浪费资源的仓促行动。我们在这里谈论的是128字节，你会想要浪费宝贵的处理时间来单独处理它吗？这可能是该行为的原因，也可能不是，至少是合理的。在循环中执行它，然后在另一个循环中释放它，或者只分配大块内存，看看会发生什么，进行实验。

- user2180519

Answer 4

这里大致介绍一下内存分配器的工作原理：

你有一个内存分配器，它有一堆“箱子”（“空闲列表”），这些箱子只是空闲内存块的链接列表。每个箱子都与不同的块大小相关联（例如：你可以为8字节块、16字节块、32字节块等设置列表...甚至为7或10字节块设置任意大小）。当你的程序请求内存（通常通过malloc()）时，分配器会访问能够容纳你的数据的最小箱子，并检查其中是否有任何空闲内存块。如果没有，那么它将从操作系统中请求一些内存（通常称为页面），并将返回的块切成多个较小的块以填满该箱子。然后它将返回其中一个空闲块给你的程序。

当你调用free()时，分配器会将该内存地址放回到它来自的箱子（也称为空闲列表）中，所有人都很高兴。 :)

内存仍然可供使用，因此您不必不停地分页内存，但对于您的程序来说，它是空闲的。

- George Mitchell

Answer 5

当我释放一个块时，为什么程序中的断点值不会减少？ 我认为这是因为那部分内存已经被分配给程序了。

当我调用 free()时，会发生什么？ 该段内存被标记为可分配，其先前的内容可以被覆盖。

考虑下面的例子...

[allocatedStatus][sideOfAllocation][allocatedMemory]
                                   ^-- Returned pointer

考虑到这一点，free() 可以将 [allocatedStatus] 标记为false，这样堆上的未来分配就可以使用该内存。

它如何跟踪free()的内存，以便下次我声明时 malloc()地址相同？

我认为它不会这样做。它只是扫描一些可用内存，然后找到之前标记为可用的块。

- alex