malloc 和堆：用于存储大小和链表信息的额外内存？答案

【问题标题】：malloc and heap: extra memory for storing the size and linked list information?malloc 和堆：用于存储大小和链表信息的额外内存？
【发布时间】：2015-09-10 23:04:52
【问题描述】：

我有一个关于heap 和malloc 的简单问题：

当我们使用malloc分配一些内存空间时：

int *p;
p = (int*) malloc (10*sizeof(int));

它实际上在堆中分配了 10 个字。但是，我的问题是：

实际使用的内存空间真的是10个字吗？

还是需要其他额外的空间来存储内存大小的值？

或者，甚至，因为堆被构造为链表，是否还有其他内存空间用于存储指向堆中列表的下一个节点的地址？

【问题讨论】：

是的，malloc 有开销。这完全是特定于实现的。但总的来说，如果您的程序使用较少的大分配而不是许多小分配，那么它的内存效率会更高。
它是实现定义的。但是，在任何情况下，管理分配的内存都会有一些开销。您可以从以下地址开始阅读：en.wikipedia.org/?title=Memory_management
How do malloc() and free() work?的可能重复
虽然问题基本相同，但那里的答案比这里的阐述要少。

标签： c++ c memory malloc heap-memory

【解决方案1】：

它完全依赖于实现。

a) 它可能在每个分配的节点之前有几个字节，其中包含节点的大小、指向下一个节点的指针，可能还有前一个节点指针和节点的类型。

b) 返回的项目可能除了其他分配外没有其他任何东西。其他地方的结构会跟踪分配的内容和空闲的内容，可能通过位图或微型并行列表。

c) 另一种变体提供了几个固定大小的块数组。一个数组可以提供 32 字节的块；另一个 128 字节块等。每个数组的位图管理分配。

d) 我见过的最小实现完全忽略了free()（即free() 是一个无操作）并在每个malloc() 分配池的下一块。

到目前为止，最常用的现代技术是a。变体 b 用于许多文件系统，如 NTFS 和 FAT。选项 c 在许多 DEC 操作系统中是/被青睐的，特别是对于内核使用。选项 d 被一些极简嵌入式环境使用，但有适当的警告。

在大多数实现中，请求的分配被四舍五入为算法方便的某个自然倍数（通常为 2、8、16 等）。因此，5、3、8、7、4、1 和 15 的一系列分配可能都被视为一个 16 字节的请求。

【讨论】：

值得注意的是，还有许多其他技巧可能会花费额外的空间，例如使用特殊位模式填充以检测越界写入或有关分配的信息（代码的哪一部分进行了分配) 用于调试目的。
也许可以添加一些关于optimistic allocation 的内容。（顺便说一句：一个很好的答案！）
@chux：手册页提到乐观分配很有趣，但我不明白它是如何适用的。我认为这意味着sbrk() 很乐观，可能会导致malloc() 乐观，对吧？
OP 说“实际使用的内存空间真的是 10 个字？”思考malloc() 和其他人真正使用内存的想法也是如此，因为真正可能发生的只是内存被标记为使用，但尚未使用，并且当真正使用发生时，“额外内存”可能会改变。 See here。如果那没有帮助，请不要打扰您的好答案。注意：乐观分配是一个独立于sbrk()的想法。

【解决方案2】：

内存分配取决于编译器库和操作系统。

两种语言都没有说明可以分配的最大内存量。您所保证的只是要求的尺寸。

因此，如果分配了任何额外的内存，它将取决于平台。

此外，分配更大空间时开销可能会更少。

尝试编写自己的内存分配器，看看需要什么，尤其是在释放内存时。

【讨论】：

【解决方案3】：

是的，malloc 的实现可以实际分配比您请求的内存多一点的内存，在分配内存的开头存储分配内存的大小，然后给您一个指向立即数的指针下一个内存地址。当您对该指针调用free 时，分配器将返回一点，读取缓冲区的大小，并计算出它实际需要释放多少。

当然，另一种可能的实现可以保留一个列表、一个字典，或者在底层做一些完全不同的事情，只要它给你相同的指定行为。

【讨论】：

【解决方案4】：

当您使用malloc 分配内存时，您得到的只是指向该内存中第一个地址的指针，并保证已分配了这么多字节供您使用。如何分配和跟踪内存的详细信息取决于平台，您无法从程序中访问该信息。因此，虽然可能会为开销目的分配额外的内存，但您不能以跨平台的方式使用这些知识。

【讨论】：

当然。我正在简化情况，因为考虑 malloc 失败的情况并不真正适用于这个问题。