malloc在什么情况下会返回NULL？

Question

这种情况从未发生在我身上，因为我已经编程多年了。

有人能给我举一个非平凡的程序例子吗，在这个程序中malloc实际上不起作用?

我不是在谈论内存耗尽的情况: 我正在寻找一个简单的情况，当您分配一个由用户给定的边界大小的单个内存块（比如一个整数）时，malloc会失败。

- RanZilber

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在此赢取2分钟内回答最多问题的奖品 :) - Michael Dorgan

@MichaelDorgan - 对你来说可能很容易，但是我所有存在malloc问题的非平凡应用程序都已经交付给客户了，所以我不能自由地发布它们 :) - Martin James

如果您分配一个有限大小的单个块，并且您的界限足够小，使系统始终可以提供内存，那么它当然会始终成功。不过，在这种情况下，您的单次分配玩具程序是微不足道的。 - Useless

Lol - 我在手持平台上工作了这么多年，所以从malloc返回NULL对我来说非常容易实现。 - Michael Dorgan

如果你的内存泄漏问题随着时间不断加剧，或者出现了严重碎片化现象，那么任何大小的malloc都无法完全保证安全。@Useless - Michael Dorgan

真实的情况是，如果malloc无法成功，它将失败。它能否成功取决于您的系统和堆的当前状态。如果您在主函数中分配一个1字节的块并立即返回，则不太可能失败。如果您有一个真正的程序需要完成一些实际工作，那么在某些情况下可能会失败。这样说是否够清楚明了？ - Useless

Answer 1

你需要在嵌入式系统中做一些工作，那里经常会返回NULL :-)

在现代的大地址空间和后备存储系统中，很难耗尽内存，但在处理大量数据的应用程序（如GIS或内存数据库）或者由于有bug的代码导致内存泄漏的地方，仍然是可能的。

但无论你以前是否经历过这种情况都不重要 - 标准规定它可能发生，所以你应该为此做好准备。我在过去几十年里也没有被车撞过，但这并不意味着我会在过马路时不先看一眼。

关于你的编辑：

引用： 我不是在谈论内存耗尽...

内存耗尽的定义就是malloc不能给你所需的空间。无论是因为分配了所有可用内存，还是堆碎片化导致无法获得连续的块，即使内存区域中所有空闲块的总和更高，或者人为限制了地址空间的使用，都是无关紧要的。

void *malloc (size_t sz) { return NULL; }

C标准不区分故障的模式，只表示成功或失败。

- paxdiablo

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海报问是否有一种情况，malloc（）返回0且内存未耗尽。碎片化的情况更加有趣，但需要非平凡代码（针对特定分配器进行调整）才能显示模式。 - Brian Bulkowski

布莱恩，我认为我的回答已经涵盖了这一点。内存耗尽是指malloc无法提供您所需的内存。无论您是否完全没有内存或者您请求了60个字节，而分配器有10亿个30字节的块无法合并，都没有关系。在这两种情况下，都属于内存耗尽。无论如何，一个每十次调用就返回NULL的malloc（由真正的虐待狂编写）仍然符合标准。 - paxdiablo

Answer 2

可以。

只需尝试使用malloc申请比系统可提供的内存更多的内存（通过耗尽地址空间或虚拟内存中较小的内存，两者之一）即可。

malloc(SIZE_MAX)

可能会这样做。如果不行，重复几次直到用尽为止。

- Useless

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我的第一台电脑是一台8位系统，只有56KB的RAM。malloc()经常会返回NULL。 - Ferruccio

谢谢，但那很琐碎。我说的是当你只分配了一个有限的内存块时，它是否仍然可能失败？请看我的编辑。 - RanZilber

抱歉，显然我应该发布一个分配数亿个合理大小对象的非平凡程序，并有充分的理由，这将显然产生完全相同的结果。不过，这个程序很可能既具有可读性、简明性又不平凡！ - Useless

C-64的基本内存映射到malloc函数？ - Michael Dorgan

这个答案是内存耗尽的情况。发布者要求一个malloc（）返回0，但内存并没有耗尽的情况。 - Brian Bulkowski

这是在回答写完后编辑到问题中的。然而，您的虚拟机用完了页面、达到了超额承诺限制或者您的进程用完了连续地址，这些都是不同形式的耗尽：我不知道“内存耗尽”应该指什么。 - Useless

Answer 3

任何使用C语言编写的程序，需要动态分配的内存超过操作系统当前允许的限制。

如果您正在使用Ubuntu系统，可以尝试输入以下命令：

 ulimit -v 5000

你运行的任何程序都很可能会崩溃(由于malloc失败)，因为你将任何一个进程可用内存的限制降到了一个微不足道的程度。

- RussS

Answer 4

除非内存已被完全保留（或严重碎片化），否则malloc()只有请求大小为零的空间时才会返回一个NULL指针：

char *foo = malloc(0);

根据C99标准第7.20.3节的第1小节规定：

如果请求的内存大小为零，则行为是实现定义的：要么返回空指针，要么行为就像请求了一些非零大小的空间一样，但返回的指针不能用于访问对象。

换句话说，malloc(0) 可能会返回一个NULL指针或一个指向零字节分配的有效指针。

- Philip

Answer 5

选择任何平台，嵌入式平台可能更容易。使用malloc(或new)分配大量内存（或随着时间的推移泄漏内存，甚至通过使用天真的算法使内存碎片化）。完成了。malloc在发生“坏”操作时偶尔会返回NULL。

对于您的编辑回复是肯定的。随着时间的推移，内存碎片化可能导致甚至单个int分配失败。还要记住，malloc不仅为int分配4个字节，而且可以获取尽可能多的空间。它有自己的记账工具，通常会最少占用32-64个字节。

- Michael Dorgan

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我喜欢这个答案，因为它谈到了内存碎片和簿记。仅仅因为[物理]内存“存在”并不意味着它总是“可用”的。也就是说，即使分配的数据比总内存少，malloc也可能会失败。（我也喜欢关于虚拟内存和过度承诺的补充回答。） - user166390

你确定吗？请看：http://stackoverflow.com/questions/29613162/why-i-never-see-the-hello-text-in-console-in-this-program?noredirect=1#comment47371957_29613162 - Koray Tugay

Answer 6

在一个更或多或少标准的系统上，使用一个单参数的malloc函数，有三种可能的失败模式（据我所知）:

1. 所请求的分配大小不被允许。例如，一些系统即使有更多的存储空间可用，也可能不允许分配大于16M的内存。

2. 无法在堆中定位一个默认边界下请求大小的连续自由区域。可能还有很多堆可用，但只是没有足够大的连续自由区域。

3. 分配的总堆已超过某个“人为”的限制。例如，即使有200M的空闲内存可供“系统”在一个组合的堆中使用，用户可能被禁止分配超过100M的内存。

（当然，您可以获得2和3的组合，因为某些系统将非连续的地址空间块分配给堆随着堆的增长，将“堆大小限制”放在块的总和上。）

请注意，有些环境支持额外的malloc参数，如对齐和池ID，这些参数可能会增加它们自己的复杂性。

- Hot Licks

Answer 7

只需查看malloc的手册页。

成功时，函数返回指向所分配内存块的指针。
这个指针的类型总是void*，可以强制转换为所需的数据指针类型以便进行引用。
如果函数未能分配所请求的内存块，则返回空指针。

- starrify

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这段话描述了合同条款，但是“什么时候会/会发生”呢？（“……从未发生过……在一个非平凡的程序中，malloc实际上不起作用？……当你只分配一个由用户给定的有限大小的内存块时……malloc仍然可能失败吗？”） - user166390

这甚至不是一个答案。 - Koray Tugay

Answer 8

是的。当内核/系统库确定无法分配内存时，Malloc将返回NULL。

通常在现代计算机上看不到这种情况的原因是Malloc并不真正分配内存，而是请求为程序保留一些“虚拟地址空间”，以便您可以在其中写入数据。像现代Linux这样的内核实际上会过度承诺，也就是说，只要所有内存都适配于系统的地址空间（通常是64位平台上的48位），它们就可以让您分配比系统实际可提供的更多的内存（交换+RAM）。因此，在这些系统上，您可能会在触发返回NULL指针之前触发OOM killer。例如，在32位机器上具有512MB RAM的情况下，很容易编写C程序，该程序由于尝试malloc所有可用的RAM +交换而被OOM killer吃掉。

（在Linux上可以在编译时禁用Overcomitting，因此这取决于构建选项是否给定的Linux内核会过度承诺。但是，桌面发行版内核默认启用它。）

- user268396

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它在运行时禁用而非编译时，大多数有能力的管理员会将其禁用，除非他们有特定的理由不禁用。 - R.. GitHub STOP HELPING ICE

Answer 9

既然您要求提供示例，这里有一个程序，最终会看到 malloc 返回 NULL：

perror();void*malloc();main(){for(;;)if(!malloc(999)){perror(0);return 0;}}

什么？你不喜欢故意混淆的代码吗？;)（如果它在你的机器上运行几分钟而不崩溃，请杀掉它，将999更改为更大的数字，然后再尝试。）

编辑：如果无论数字有多大都无法正常工作，则说明您的系统正在说“这里有一些内存！”但只要您不尝试使用它，它就不会被分配。在这种情况下：

perror();char*p;void*malloc();main(){for(;;){p=malloc(999);if(p)*p=0;else{perror(0);return 0;}}

这应该能解决问题。如果我们可以使用GCC扩展，通过将char*p;void*malloc();更改为void*p,*malloc();，我们甚至可以让它更小，但如果您真的想要高尔夫球，您可能会去Code Golf SE。

- Chris Lutz

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虽然数据没有被“污染”，也许它并没有真正地在[物理]内存中实现？并不是说有无限的资源... - user166390

数据将会立即变得不干净，因为999小于一页。因此，在分配之间的簿记结构中，每页将至少被访问一次。 - R.. GitHub STOP HELPING ICE

@Chris：如果分配的空间大于一页，并且在应用程序可用区域中包含一个或多个完整页面，则没有理由指望这些页面已被访问。但是，如果您只保持分配999字节，则连续分配的簿记信息将被分隔不到一页，因此您最终会触及每个被分配的页面。 - R.. GitHub STOP HELPING ICE

这对我来说看起来像是内存耗尽了，发帖者不是要求一个不是内存耗尽的案例吗？ - Brian Bulkowski

在我的电脑上（macOS Sierra），malloc 从不返回 NULL。相反，在分配了大约50 GiB的虚拟内存后，程序会收到 SIGKILL 信号。 - tbodt

Answer 10

当malloc参数为负数或0，或者堆上没有剩余内存时，会出现问题。我不得不纠正某人的代码，它看起来像这样。

const int8_t bufferSize = 128;
void *buffer = malloc(bufferSize);

这里buffer是NULL的原因是因为bufferSize实际上是-128

- Soucup Bogdan

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不完全正确。存储在“bufferSize”中的-128被转换为“size_t”，导致一个_大_数字。由于那么多内存不可用，malloc()返回了NULL。另一方面，它_可能_已经起作用了。当“malloc参数为...0”时是另一回事。 - chux - Reinstate Monica

的确，那是我的错，但这仍然是一个错误。我认为在正常情况下，针对这种特定情况，它将始终返回0。 - Soucup Bogdan

虽然这是一个错误，但是分配的大小为SIZE_MAX-128+1（非常大），可能会返回非NULL。示例 - chux - Reinstate Monica