C语言中的C, free()和指针算术运算

Question

int *p=(int*)malloc(sizeof(int)*n);
free(p+n/2);

在上面的代码中，free函数会释放整个数组的后半部分，还是只释放p+n/2这个“单元”？

- Claudio P

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它不会释放任何内容，您必须将最初分配的指针传递给它。 - Ryan

不可以单独释放某个块（通过传递指向该块开头的指针）。 - Alexguitar

通用警告：不要强制转换malloc()的结果！ - fuz

Answer 1

将(p+n/2)这样的表达式传递给free()是不合法的。你只能将从malloc()函数之一返回的指针传递给free()。因此，你必须一次性释放整个数组。

- Marc Khadpe

Answer 2

传递给free的指针值必须是空指针或先前分配的内存的指针。否则行为未定义（这意味着您的程序可能会崩溃，或者可能会破坏内部运行时数据结构，或者最糟糕的是，它可能会按您的预期行事）。

引用C11标准（草案N1570 7.22.3.3p2）：

free函数导致由ptr指向的空间被释放，即可供进一步分配。如果ptr是空指针，则不执行任何操作。否则，如果参数与先前由内存管理函数返回的指针不匹配，或者如果该空间已通过调用free或realloc进行了释放，则行为未定义。

- Keith Thompson

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最糟糕的是，它可能会按照你的期望运行，直到客户使用你的应用程序，然后一切都会变得一团糟 :-) - gnasher729

Answer 3

好的，没错。

如果free()接收到的指针不是由malloc()返回的（NULL指针是唯一的例外，但会导致free()没有效果），则会导致未定义的行为。

你的示例传递了一个指针，但该指针不是由malloc()返回的——尽管它是从该指针计算出来的。

你的示例结果是未定义的行为。

如果你想分配内存并稍后更改已分配的大小，请查阅realloc()。

- Peter

Answer 4

你必须只将malloc/calloc/realloc返回的指针传递给free

除了标准规定之外，还有一个特殊的实际原因。 free需要知道分配区域的字节长度。同样，realloc需要知道当前分配区域的字节长度。

在任何这样分配的区域的前面，都有一个隐藏的头结构，用于描述该区域对各种堆函数的使用。例如：

struct memory_descriptor {
    u32 magic;                          // magic number
    size_t length;                      // memory area length in bytes
    struct memory_descriptor *next;     // next memory area
    struct memory_descriptor *prev;     // previous memory area
};

内存块的布局实际上是这样的：

| memory_descriptor | usable memory area ... |
                      ^
                      |
                      + pointer returned by malloc et. al.

当你使用free释放某个东西时，它会取指针并减去描述符大小以定位描述符结构，并使用它来确定内存区域的大小。

如果你传递了像pointer + 10这样的东西，free将无法找到描述符。它将使用那里的任何内容。这就是为什么在这个例子中有一个“魔数字段”来尝试检测这种误用。

- Craig Estey

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在MacOS X上，例如其他实现中，对于小的分配通常看不到这样的头文件。而且没有任何分配的“下一个”和“上一个”。 - gnasher729

@gnasher729 只是一个例子。我已经从头开始编写了一些堆分配。指针可以用于完整性检查。如果您启用它[动态地]，则可以双向检查列表并获得更好的损坏信息。没有调试，大小可能足够[带有魔术值]。对于小型分配，它来自子池[可通过地址范围检测]，该子池[例如]与页面对齐。您可以向下舍入以找到位图。或者，“2的幂”子池方案与“带外”标头。但是，它们通常需要列表扫描以查找描述固定大小分配块的子池标头。 - Craig Estey

Answer 5

在上面的代码中，free函数会释放整个数组的后半部分还是只有p+n/2这个“单元”？

不会，因为在释放时会产生未定义的行为。由于malloc返回内存位置的起始地址，您可以使用该指针作为引用来访问分配的所有内存位置。

您只能释放由malloc分配的指针，如果您尝试从free函数内部释放中间的指针，则会出现无效指针的错误。

free(): invalid pointer:

或者您可以像其他人建议的那样使用realloc，如果您想修改内存的大小，这是最好的选择。

- Dilip Kumar