free() 如何影响堆上的内存地址？答案

【问题标题】：How does free() affect the memory address on the heap?free() 如何影响堆上的内存地址？
【发布时间】：2019-03-27 19:39:39
【问题描述】：

这个赋值要求我们使用malloc()（命名为var1和var2）分配两个int型变量，打印每个变量的地址（栈上指针的地址和堆上的地址)，然后使用free() 释放var1，再次打印地址，然后在堆中为var1 分配另一个空间并第三次打印地址。我相信讲师正试图向我们展示var1 的堆地址应该改变，但它始终保持不变......除非我从代码中删除free(var1)。讲师做了一个类似的演示，但没有使用free() 来释放任何变量，所以我们从来没有看到它应该如何工作。

这是我的代码：

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

void main()
{

int *var1 = (int*)malloc(sizeof(int)); 
*var1 = 1000;                   
int *var2 = (int*)malloc(sizeof(int)); 
*var2 = 2000;

printf("Addresses of var1\n");
printf("Pointer on stack: %p / Heap: %p\n\n", &var1, var1); 
printf("Addresses of var2\n");
printf("Pointer on stack: %p / Heap: %p\n\n", &var2, var2);

free(var1);

printf("AFTER DEALLOCATING var1 FROM THE HEAP\n");
printf("Addresses of var1\n");
printf("Pointer on stack: %p / Heap: %p\n\n", &var1, var1); 
printf("Addresses of var2\n");
printf("Pointer on stack: %p / Heap: %p\n\n", &var2, var2);

var1 = (int*) malloc(sizeof(int));
*var1 = 1500;

printf("NEW MEMORY ADDRESS ALLOCATED FOR var1\n");
printf("Addresses of var1\n");
printf("Pointer on stack: %p / Heap: %p\n\n", &var1, var1); 
printf("Addresses of var2\n");
printf("Pointer on stack: %p / Heap: %p\n\n", &var2, var2); 

}

此代码导致以下输出：

Addresses of var1
Pointer on stack: 0xffffcbf8 / Heap: 0x600000390

Addresses of var2
Pointer on stack: 0xffffcbf0 / Heap: 0x6000003b0

AFTER DEALLOCATING var1 FROM THE HEAP
Addresses of var1
Pointer on stack: 0xffffcbf8 / Heap: 0x600000390

Addresses of var2
Pointer on stack: 0xffffcbf0 / Heap: 0x6000003b0

NEW MEMORY ADDRESS ALLOCATED FOR var1
Addresses of var1
Pointer on stack: 0xffffcbf8 / Heap: 0x600000390

Addresses of var2
Pointer on stack: 0xffffcbf0 / Heap: 0x6000003b0

如您所见，当我解除分配var1 时，堆地址没有改变，当我再次为var1 分配内存空间时，它也没有改变。但是，如果我只是从程序中删除free(var1) 行，它只是为var1 分配第二个内存空间并指向堆上的那个，它确实有不同的内存地址：

Addresses of var1 
Pointer on stack: 0xffffcbf8 / Heap: 0x600000390

Addresses of var2
Pointer on stack: 0xffffcbf0 / Heap: 0x6000003b0

AFTER DEALLOCATING var1 FROM THE HEAP
Addresses of var1
Pointer on stack: 0xffffcbf8 / Heap: 0x600000390

Addresses of var2
Pointer on stack: 0xffffcbf0 / Heap: 0x6000003b0

NEW MEMORY ADDRESS ALLOCATED FOR var1
Addresses of var1
Pointer on stack: 0xffffcbf8 / Heap: 0x600000420

Addresses of var2
Pointer on stack: 0xffffcbf0 / Heap: 0x6000003b0

（为了清楚起见，我所做的只是从前面的代码中删除了free(var1)，因此“AFTER DEALLOCATING var1”部分现在显示的堆地址与前面的集合完全相同，但它确实改变了var1 在第三部分。）

谁能告诉我这里发生了什么？我能想到的唯一合乎逻辑的解释是，当我使用free() 释放var1 然后打印地址时，它只是打印它指向的最后一个地址，然后当我为var1 第二次，它只是用var1 的新值“回填”之前的地址。这有意义吗？我的代码中是否有错误，或者这正是 C 在为变量释放内存然后重新分配它时的行为方式？

【问题讨论】：

1. free() 接受一个指针，您可以提供一个变量。但是，它不会更改该变量的内容。（指针由指向free() 的值给出。） 2. 如果你free() N 字节和稍后（而是立即）malloc() N 字节再次，你为什么不应该得到相同的地址？听起来，堆管理做得很好——它重新使用了足够大小的可用空间。 ;-)
malloc 实现为相同大小的新对象重用空间是非常有意义的。
你好。不是您要的，但您不再需要cast the return value of malloc。另外，我发现使用int *var = malloc(sizeof *var) 而不是int *var = malloc(sizeof(int)) 很有用。这样我就可以更改 var 的类型，而不会忘记在 malloc 调用中更改它（例如 float *var = malloc(sizeof(int))）。
你基本上是对的。这里的教训是，即使在释放内存之后，您可能仍然有指向该内存的变量，尽管您不拥有它。这些“悬空指针”会导致很多痛苦，这就是为什么清除此类指针被认为是一种好的做法，例如free(p);p=NULL;

标签： c malloc heap-memory free memory-address

【解决方案1】：

当内存被释放然后重新分配时，malloc 可能返回相同的地址是完全正常的。它返回不同的地址也是正常的。

如果您更改 malloc 调用以请求与原始分配不同的大小，您可能会获得不同的地址，因为 malloc 准备的旧块可能不足以满足新请求。但它们可能就足够了，所以地址可能不会改变。

顺便说一句：

void main() 不正确。应该是int main(void)。
C 标准不支持在释放地址指向的空间后打印地址。它“工作”并不少见，但它是不合适的。 C 2018 6.2.4 2 告诉我们“当指针指向（或刚刚过去）的对象达到其生命周期结束时，指针的值变得不确定。”当使用malloc 分配的对象被free 释放时，它的生命周期结束。

【讨论】：

在地址指向的空间被释放后打印地址...你不能打印任何地址吗（只要你不访问内容，如果不是一个有效的地址）？
@Scheff：不。C 标准不要求指针是平面地址空间中的简单数字地址。一些 C 实现使用复杂的寻址方案（例如，段和偏移量，还有其他），这些可能需要指针的一部分是“活动的”，因为它引用了一些其他地址或寄存器或动态设置的结构向上。当空间被释放时，其他信息可能会被解构。然后，当printf 尝试为%p 格式化指针时，它使用该信息的尝试可能会失败。
谢谢。我发现这是一个有趣的观点，值得在您的回答中提及。它有点超出“它只是一个可以打印的值”并且对于习惯于扁平地址而不会造成伤害的人来说很有趣。（段/偏移地址让我想起了 8086 上的古老 DOS，但即使在那种情况下，我也不记得打印无效地址是多么危险。）

【解决方案2】：

我能想到的唯一合乎逻辑的解释是，当我使用 free() 释放 var1 然后打印地址时，它只是打印它指向的 LAST 地址

有点对。释放指针根本不会影响指针的内容。或者更准确地说，它的价值在被释放后是不确定的。事实上，根据标准，您甚至不能相信指针包含它在调用free 之前所做的地址。据我所知，在大多数情况下它会，但你不能相信它。

标准说：

C 2018 6.2.4 2：“当指针指向（或刚刚过去）的对象达到其生命周期结束时，指针的值变得不确定。”

一个常见的错误是使用测试if(ptr == NULL) 来检查您是否已正确释放指针。这行不通。

【讨论】：

C 标准不保证“释放指针根本不会影响指针的内容”。将指针传递给free 后，使用其值具有未指定的行为。
@EricPostpischil 但free(pointer) 如何更改pointer 的值？确定释放后，该值没有意义，但pointer 的位模式将保留。毕竟free 只是一个函数调用。但是，是的，我想不出一个用例可以将这个无意义的值用于任何有用的事情。
@EricPostpischil free 无法更改传递给它的指针的值。因此它将保持与以前相同的值，以前有效并且没有陷阱表示。当然不能再访问该地址的内容，但那是另一回事了。这似乎是该标准信息性附录 J 中的又一个错误。没有规范性文本说指针采用不确定的值或类似的值。
@Jabberwocky：free 无法更改代表pointer 的字节，但它可以更改用于组织内存和寻址的数据结构。请参阅我对我的回答的评论。
@EricPostpischil 啊，你是对的，我读错了。你应该在你的答案中加上引号。

【解决方案3】：

在第一个示例中，用于指向堆的指针的值在free() 之后在堆栈中保持不变。但您无法再访问该地址。

当他们再次分配变量时，您得到相同的地址并不奇怪，因为在该地址应该有一个大小合适的可用段。但是，您不能保证得到相同的地址——从可用的地址中最好的地址是由库代码处理的。

【讨论】：