malloc 如何知道索引处理了多少内存空间？

Question

当我们使用malloc 时，它返回一个指针，指向传递给malloc 的固定大小内存地址的开头。例如，malloc(40) 会抛出一些 40 字节长的未初始化内存。问题是，我已经看到人们对这段内存进行索引的代码示例。我的问题是，malloc 如何定义索引的大小？

以这段代码为例，

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

int main()
{   
    char **array;
    array = malloc(3 * sizeof(char *));

    for (int i=0; i < 3; i++) {
        array[i] = malloc(10);
    }
    
    for (int i=0; i<10; i++) {
        free(array[i]);
    }
    free(array);
    return 0;
}

我首先想解释一下我认为正在发生的事情，并希望有人能纠正我的任何错误想法。

char **array 创建变量“array”，它将成为一个指向字符指针的指针。这意味着，如果我们取消引用该值，它将为我们提供存储 char 的内存地址位置。

array = malloc(3 * sizeof(char *)) 。让我们在这里假设sizeof(char *) 将始终返回 8。继续下去，这将创建一个 32 字节长的未初始化内存。他们这里的关键点是它是 32 字节长，它如何处理可索引的大小？

array[i] = malloc(10) 是我在这里感到困惑的一部分。我们有一块 32 字节长的未初始化内存，我们如何索引它？

我有一个想法想提一下，希望有人能纠正我的任何误解。

      0x02                     0x0A                 0x12
[     0x90             |       0x91           |     0x92           ]
 <-- sizeof(char*)  ->  <-- sizeof(char*)  ->  <-- sizeof(char*)  ->
       ^
       |  
       |
    0x01 (memory address of variable array) (array - points to 0x02)

-- Random memory locations

0x90 -- | Starting from the memory address location 0x90, the next sizeof(char) bytes will representing the value in this memory address location.
['c']

0x91
['a']

0x92
['t']

根据我的理解，malloc 将知道我们对初始指针所做的转换的可索引大小，即char** array 内部的char*。这意味着，我们从malloc(40) 返回的指针将指向，在本例中，位于0x02（数组的开头）的内存地址空间。

每次我们执行array[i] 操作时，我们实际上是在执行0x02 + sizeof(char*) * i，这会将指针推到新位置的开头。这意味着例如，当我们执行array[1] 时，我们实际上正在执行0x02 + sizeof(char*) * 1，这会将我们推向0x02 + 8 (0x0A)。这意味着从内存地址位置0x0A 开始，下一个sizeof(char *) 字节将作为索引 存储在内存中的这个位置。在这个例子中它是一个char *，在我的例子中我写了0x90，这意味着内存中的某个其他位置0x90下一个sizeof(char)，即1个字节将具有实际值。表示“c”的实际值（例如），但这可能位于内存中的其他位置，与 malloc 无关。

使用这个公式，我们可以得到一个从 malloc 返回的整数数组，例如 int* ten_int_array = malloc(10 *sizeof(10))。现在公式将调整为ten_int_array + sizeof(int) * i。这将使 malloc 不是固定大小的可索引。

感谢您的任何回复，我正在尝试在这里验证我的假设。

Answer 1

这就是正在发生的事情。假设您在 64 位系统上运行它，其中内存地址需要 8 个字节（64 位）。

char *str; 声明了一个由* 表示的指针变量，它可以指向内存中的某个位置。按照上述约定，它应该是 8 个字节大。编译器知道它应该指向的对象是char。它完全不知道在这个位置之后或之前是否应该有其他字符，只有程序员才知道。

所以，str = malloc(10); 分配了足够的内存空间来保存 10 个字符，包括以“0”结尾的字符。内存地址赋值给指针变量str。

char **array; 将指针 * 声明到指针 *。这又是一个 8 字节变量，正如编译器所知，它指向另一个本身指向 char 的指针。与上一个类似，它不知道是否有更多的指针与它应该指向的指针相邻。

array = malloc(3 * sizeof(char*)); 在内存中分配了足够的空间来保留 3 个指向 char 的指针。分配结果将分配给array。

在“c”运算符中，[] 应用于指针类似于应用于数组变量。所以array[1] 从上面分配的内存中返回一个指针#2。

array[i] = malloc(10); 为 10 个字符的字符串分配内存，并将结果分配给 array[i] 指向的指针。 free(array[i]) 释放此内存。

因此，您有一个两级动态结构。

           |-malloc(3 * sizeof (char*)) == 24 bytes
           |
           V
array --> [0] --> malloc(10) == 10 bytes
          [1] --> malloc(10)
          [2] --> malloc(10)

所以，当你释放的时候，你需要先free(array[i]) //0..2 然后free(array) 因为释放数组后，它指向的内存也会失效，你不能使用它。