malloc 函数内存管理答案

【问题标题】：malloc function memory managementmalloc 函数内存管理
【发布时间】：2019-10-19 23:31:55
【问题描述】：

malloc() 函数形成一个内存块（比如 20 字节类型转换为 int），那么它如何像 calloc() 函数一样用作 int 块的数组？它不应该用于在整个 20 字节（20*8 位）中仅存储一个 int 值吗？

【问题讨论】：

【解决方案1】：

（比如 20 个字节类型转换为 int）

不，返回的内存是一个指向 void 的指针，这是一个不完整的类型。

我们将返回的指针分配给某个类型的指针变量，我们可以使用该变量来访问内存。

引用C11，第 §7.22.3 章，内存管理功能

[....] 如果分配成功则返回的指针经过适当对齐，以便可以分配给指向具有基本对齐要求的任何类型对象的指针，然后使用访问分配的空间中的此类对象或此类对象的数组（直到空间被显式释放）。 [...] 返回的指针指向分配的空间。 [....]

由于分配的内存是连续的，指针算术可以工作，就像在数组的情况下一样，因为在数组中，元素也被放置在连续的内存中。

【讨论】：

就像在 16 位架构中我们使用 2 字节（16 位）以 0 和 1 的形式表示整数值，而在 32 位架构中我们使用 4 字节（32 位）来表示相同的整数价值。这意味着一块 int 类型的任何内存都只包含一个 int。这不应该也适用于 malloc，因为它是一大块内存。
@VIbhor 是的，如果您分配的内存价值为 sizeof 一个 int，您将获得 2 个字节或 4 个字节，具体取决于您的环境。但是，如果您要求 20 字节，malloc 将返回 20 字节的内存，它不知道该内存的未来使用情况。
@VIbhor 您是否会在这里混淆位和字节？
@VIbhor 这不是一个单一的int 变量，它是一个多个 int 变量的块。
@VIbhor one single int variable block- 不，不是那样的。正如我之前提到的，malloc 返回的内存不是基于任何类型的，它只是一个内存，具有定义的大小，适合对齐以分配给任何其他类型的指针 - 就是这样。

【解决方案2】：

C 中有一个抽象概念，正式称为有效类型，表示存储在内存中的数据的实际类型。这是编译器在内部跟踪的内容。

C 中的大多数对象在声明变量时都有这样的有效类型，例如，如果我们输入 int a;，那么存储在 a 中的有效类型就是 int。

意味着做这样的坏事是合法的：

int a;
double* d = (double*)&a;
*(int*)d = 1;

这是可行的，因为实际内存的有效类型仍然是int，即使我们用一个非常不兼容的类型指向它。只要我们使用与有效类型相同的类型来访问它，一切都很好。如果我们使用错误的类型访问数据，就会发生非常糟糕的事情，例如程序崩溃或休眠错误。

但是当我们调用malloc 系列函数时，我们只告诉他们保留n 字节数，没有指定类型。该内存保证分配在相邻的内存单元中，但仅此而已。 malloc 和calloc 之间的唯一区别是后者将这个原始内存中的所有值设置为零。两个函数都不知道类型或数组。

返回的原始内存块没有有效类型。直到我们访问它的时候，它才会获得与访问所使用的类型相对应的有效类型。

就像前面的例子一样，我们设置哪种类型的指针指向数据并不重要。我们写int* i = malloc(n); 或bananas_t* b = malloc(n); 都没有关系，因为指向的内存还没有类型。直到我们第一次访问它时它才会得到一个。

【讨论】：

作为malloc 和calloc 之间的区别，calloc 实现倾向于检查溢出。此外，根据§6.3.2.3 ¶7，您的示例可能会导致 UB。否则，一个很好的答案。
@ninjalj §7 中的 UB 非常理论化。没有具有不同对齐要求的指针的系统。不同的指针大小，当然，但是当转换为更大的指针类型时，指针会错位？我相当肯定这样的系统从未存在过，也永远不会存在。我什至不知道为什么这部分在标准中。

【解决方案3】：

从malloc返回的内存与从calloc返回的内存相比没有什么特别之处，除了calloc返回的内存块的字节被初始化为0。malloc返回的内存不必用于单个对象，也可以用于数组。

这意味着以下是等价的：

 int *p1 = malloc(3 * sizeof(int));
 p1[0] = 1;
 p1[2] = 2;
 p1[3] = 3;
 ...
 int *p2 = calloc(3, sizeof(int));
 p2[0] = 1;
 p2[2] = 2;
 p2[3] = 3;

两者都将返回 3 * sizeof(int) 字节的内存，可用作大小为 3 的 int 数组。

【讨论】：

【解决方案4】：

malloc 返回给您的只是一个指向分配连续内存块的起始内存地址的指针。

您使用 malloc 分配的连续内存块的大小取决于您传递给 malloc 函数的参数。 http://www.cplusplus.com/reference/cstdlib/malloc/

如果您想存储int 变量，那么您可以通过将您使用的指针类型定义为int 类型来实现。

示例：

int p*; //pointer of type integer
size_t size = 20;
p = (int *) malloc(size); //returns to pointer p the memory address

在此之后，程序员可以使用指针 p 访问 int（4 字节精度）值。

calloc 与 malloc 的唯一区别是 calloc 将此内存块中的所有值初始化为零。

【讨论】：