C语言malloc和free实现原理

以下是一段简单的C代码，malloc和free到底做了什么？

1. int main()
2. {
3. char* p = (char*)malloc(32);
4. free(p);
5. return 0;
6. }

malloc和free的debug和release版本实现各不相同，而且相差很大。

Debug版本

malloc需要分配的内存会比实际的size多36byte。最终分配的内存块如下：

 

 

_CrtMemBlockHeader是一个双向链表结构，其定义如下：

1. <pre name="code" class="cpp">typedef struct _CrtMemBlockHeader
2. {
3. struct _CrtMemBlockHeader *pBlockHeaderNext;    //下次分配的内存块
4. struct _CrtMemBlockHeader *pBlockHeaderPrev;    //上次分配的内存块
5. char *szFileName;               //分配内存代码的文件名
6. int nLine;                  //分配内存代码的行号
7. size_t nDataSize;               //请求的大小，如实例中的32
8. int nBlockUse;                  //请求的内存类型，如实例中的user类型
9. long lRequest;                  //请求id，每次请求都会被记录
10. unsigned char gap[nNoMansLandSize];     //4字节校验位
11. } _CrtMemBlockHeader;

 

用户请求内存前后分别有4字节的校验位，分配内存后都会被初始化为0xFD。如果这8个字节被改写，free时就会触发断言失败。

而请求的32字节会被初始化为0xCC（和栈的初始化一样）。

系统通过记录这些信息就能显示的给出错误。比如越界访问请求的内存在debug下会断言失败，release下面则不会，从而这会给程序埋下巨大的隐患。很多在release下偶发的错误就是这样产生的。

_CrtMemBlockHeader总共32字节，加上用户请求的32字节及最后4字节校验位是68字节。最终调用系统的API请求内存。比如Windows下面是HeapAlloc。

 

如果内存分配失败，malloc不像new那样可以调用new_handler来处理，它直接返回NULL。

 

free则是对_CrtMemBlockHeader的信息做清理操作，检查校验位等等。最终调用系统API释放内存。比如Windows下面是HeapFree。

 

Release版本

实际分配的内存等于请求的内存大小。malloc和free只是在系统API之上做了些判断操作。

 

总结

C语言是跨平台的，最终的内存处理都是交给系统API完成。系统会记录每一块分配内存的地址，大小，释放情况等等。所以free时只需要传一个地址的参数就可以了。而且同一个地址不能释放两次。

http://blog.csdn.net/passion_wu128/article/details/38964045