VirtualAlloc 和 HeapAlloc 有什么区别？答案

【问题标题】：What's the differences between VirtualAlloc and HeapAlloc?VirtualAlloc 和 HeapAlloc 有什么区别？
【发布时间】：2025-12-09 08:40:01
【问题描述】：

Windows环境下分配内存的方法有很多，如VirtualAlloc、HeapAlloc、malloc、new。

那么，它们之间有什么区别呢？

【问题讨论】：

标签： winapi memory heap-memory new-operator

【解决方案1】：

每个 API 都有不同的用途。每一个还要求您在使用完内存后使用正确的释放/释放功能。

虚拟分配

一种低级的 Windows API，它提供了许多选项，但主要对处于相当特定情况的人有用。只能在（编辑：不是 4KB）更大的块中分配内存。在某些情况下您需要它，但是当您处于其中一种情况时您会知道。最常见的一种情况是您必须直接与另一个进程共享内存。不要将其用于通用内存分配。使用VirtualFree 解除分配。

堆分配

分配您要求的任何大小的内存，而不是比VirtualAlloc 大的块。 HeapAlloc 知道何时需要调用 VirtualAlloc 并自动为您调用。与 malloc 类似，但仅适用于 Windows，并提供了更多选项。适合分配一般的内存块。某些 Windows API 可能要求您使用它来分配您传递给它们的内存，或使用它的伴侣 HeapFree 来释放它们返回给您的内存。

malloc

分配内存的C方式。如果您使用 C 而不是 C++ 编写，并且希望您的代码可以在例如Unix 计算机也是如此，或者有人特别说您需要使用它。不初始化内存。适用于分配一般内存块，如HeapAlloc。一个简单的 API。使用free 解除分配。 Visual C++ 的malloc 调用HeapAlloc。

新

C++ 分配内存的方式。如果您使用 C++ 编写，则更喜欢这个。它也将一个或多个对象放入分配的内存中。使用delete 释放（或delete[] 用于数组）。 Visual Studio 的 new 调用 HeapAlloc，然后可能会初始化对象，具体取决于您如何调用它。

在最近的 C++ 标准（C++11 及更高版本）中，如果您必须手动使用 delete，那么您做错了，应该使用像 unique_ptr 这样的 智能指针 .从 C++14 开始，new 也可以这样说（替换为 make_unique() 等函数）。

还有一些其他类似的功能，例如SysAllocString，可能会告诉您必须在特定情况下使用。

【讨论】：

Doug：VirtualAlloc 不严格限制为 4kb 分配，它是由 GetSystemInfo()、SYSTEM_INFO::dwAllocationGranularity 返回的大小。它实际上是很少 4kb。在我的主机上，它是 64k，我怀疑你也一样。 4KB 是 x86 ABI 中各种描述符表的最小页面大小条目。 4KB 是可以独立许可的最小大小，R/W/X，但它对 VirtualAlloc 没有任何意义。如果您参考 VirtualAlloc 文档，还有 LARGE_PAGES 选项（请参阅msdn.microsoft.com/en-us/library/aa366568(VS.85).aspx）。
你知道为什么 DirectShow 使用 VirtualAlloc 为媒体分配内存缓冲区而不是使用 malloc 吗？
Aviad：DirectShow 使用虚拟分配来保留内存，以便它可以传递性能优化所需的标志，例如不可分页，或者它可以保留物理页面，如果您的硬件可以支持它可以提高性能。
@RandomNickName42：这是不对的。分配起始地址始终与粒度（64KB）对齐，但分配长度四舍五入到页面大小（4KB）。实际上，地址空间保留在 64KB 块中，但提交到 4KB 块中。起始地址的对齐通常不那么有趣，因此从大多数角度来看，VirtualAlloc 工作在 4KB 块中。仅当您尝试执行大量小型 VirtualAlloc（您将耗尽地址空间）或一些花哨的事情（例如相邻但单独的分配）时，这些细节才会变得重要。
我以为 malloc/new/CRT 曾经调用过 HeapAlloc 然后使用自己的算法从 HeapAlloc 内存块返回内存块？

【解决方案2】：

如果您打算使用需要内存管理的语言（如 C 或 C++），了解内存分配 API（在 Windows 中）之间的区别非常重要。恕我直言，最好的说明方法是使用图表：

请注意，这是一个非常简化的特定于 Windows 的视图。

理解这个图的方法是，内存分配方法在图上越高，它使用的更高级别实现。但让我们从底层开始。

内核模式内存管理器

它为操作系统提供所有内存预留和分配，以及对内存映射文件、共享内存、写时复制的支持 操作等。它不能从用户模式代码直接访问，所以我将在此处跳过。

VirtualAlloc / VirtualFree

这些是user mode 提供的最低级别 API。 VirtualAlloc 函数基本上调用了ZwAllocateVirtualMemory，而ZwAllocateVirtualMemory 又快速syscall 到ring0 以将进一步的处理委托给内核内存管理器。这也是在用户模式下从所有可用内存中保留/分配新内存块的最快方法。

但它有两个主要条件：

它只分配在系统粒度边界上对齐的内存块。
它只分配大小为系统粒度倍数的内存块。

那么这个系统粒度是什么？您可以致电GetSystemInfo 获取。它作为dwAllocationGranularity 参数返回。它的值是特定于实现（也可能是硬件）的，但在许多 64 位 Windows 系统上，它设置为 0x10000 字节或 64K。

所以这一切的意思是，如果你尝试分配一个 8 字节的内存块，VirtualAlloc:

void* pAddress = VirtualAlloc(NULL, 8, MEM_COMMIT | MEM_RESERVE, PAGE_READWRITE);

如果成功，pAddress 将在 0x10000 字节边界上对齐。即使您只请求了 8 个字节，您将获得的实际内存块将是整个 page（或类似 4K 字节。确切的页面大小在 dwPageSize 参数中返回。）但是，最重要的是，来自pAddress的跨越0x10000 字节（或在大多数情况下为64K）的整个内存块将不可用于任何进一步的分配。所以从某种意义上说，通过分配 8 个字节，你也可以要求 65536。

所以这里的故事的寓意是不要用VirtualAlloc 代替应用程序中的通用内存分配。它必须用于非常特殊的情况，就像下面的 heap 一样。（通常用于保留/分配大块内存。）

错误地使用VirtualAlloc会导致严重的内存碎片。

HeapCreate / HeapAlloc / HeapFree / HeapDestroy

简而言之，heap 函数基本上是VirtualAlloc 函数的包装器。这里的其他答案提供了一个很好的概念。我将补充一点，在一个非常简单的视图中，heap 的工作方式是这样的：

HeapCreate 通过在内部调用VirtualAlloc（或具体来说是ZwAllocateVirtualMemory）保留一大块虚拟内存。它还建立了一个内部数据结构，可以在保留的虚拟内存块内跟踪更小的大小分配。

commit

HeapDestroy 依次调用 VirtualFree，这实际上释放了虚拟内存。

因此，所有这些都使 heap 函数成为应用程序中通用内存分配的完美候选者。它非常适合任意大小的内存分配。但是为了 heap 函数的便利性而付出的一个小代价是，当保留更大的内存块时，它们会比VirtualAlloc 带来轻微的开销。

heap 的另一个好处是您实际上并不需要创建一个。它通常是在您的流程开始时为您创建的。所以可以通过调用GetProcessHeap函数来访问它。

malloc/免费

是 heap 函数的特定语言包装器。与HeapAlloc、HeapFree等不同，这些函数不仅适用于Windows编译的代码，也适用于其他操作系统（如Linux等）

如果您使用 C 编程，这是分配/释放内存的推荐方法。（除非您正在编写特定的内核模式设备驱动程序。）

new/删除

作为一个高级（好吧，对于C++）内存管理操作员。它们特定于C++ 语言，就像malloc 的C 一样，也是heap 函数的包装器。他们也有一大堆自己的代码来处理 C++ 特定的构造函数初始化、析构函数中的释放、引发异常等。

如果您在C++ 中编程，推荐使用这些函数分配/释放内存和对象。

最后，我想对其他回复中关于使用VirtualAlloc 在进程之间共享内存的内容发表评论。 VirtualAlloc 本身不允许与其他进程共享其保留/分配的内存。为此需要使用CreateFileMapping API，它可以创建一个可以与其他进程共享的命名虚拟内存块。它还可以将磁盘上的文件映射到虚拟内存中以进行读/写访问。但那是另一个话题了。

【讨论】：

【解决方案3】：

VirtualAlloc 是 OS 虚拟内存 (VM) 系统的专用分配。 VM 系统中的分配必须以分配粒度进行，该分配粒度（分配粒度）取决于体系结构。 VM系统中的分配是内存分配的最基本形式之一。 VM 分配可以采用多种形式，内存不一定是专用的或物理支持在 RAM 中（尽管可以）。 VM 分配通常是一种特殊目的类型的分配，要么是因为分配必须

非常大，
需要共享，
必须与特定值对齐（性能原因）或
调用者不需要一次使用所有这些内存......
等等……

HeapAlloc 本质上是 malloc 和 new 最终调用的。它被设计为在通用分配的许多不同类型的场景下非常快速且可用。它是经典意义上的“堆”。堆实际上是由VirtualAlloc 设置的，它用于最初从操作系统保留分配空间。通过VirtualAlloc初始化空间后，配置各种表、列表等数据结构来维护和控制HEAP的运行。其中一些操作采用动态调整堆大小（增长和缩小）、使堆适应特定用途（某种大小的频繁分配）等形式。

new 和malloc 有点相同，malloc 本质上是对HeapAlloc( heap-id-default ) 的精确调用； new 但是，可以[另外] 为 C++ objects 配置分配的内存。对于给定的对象，C++ 将为每个调用者在堆上存储 vtable。这些 vtable 是用于执行的重定向，并且构成了 C++ 的 OO 特性（如继承、函数重载等）的一部分......

其他一些常见的分配方法，如_alloca() 和_malloca() 是基于堆栈的； FileMappings 实际上是用VirtualAlloc 分配的，并设置了特定的位标志，这些标志将这些映射指定为FILE 类型。

大多数时候，您应该以与该内存的使用一致的方式分配内存；）。 new 用于 C++，malloc 用于 C，VirtualAlloc 用于大型或 IPC 案例。

*** 请注意，HeapAlloc 完成的大内存分配实际上在经过一定大小（几百 k 或 16 MB 或其他我忘记的东西，但相当大 :) 后被运送到 VirtualAlloc。

*** 编辑我简要介绍了 IPC 和 VirtualAlloc，还有一些关于相关的 VirtualAlloc 非常简洁的内容，对此问题的回复者都没有讨论过。

VirtualAllocEx 是一个进程可以用来在不同进程的地址空间中分配内存的方法。最典型的情况是，~~组合使用~~通过CreateRemoteThread在另一个进程的上下文中远程执行（类似于CreateThread，线程只是在另一个进程中运行)。

【讨论】：

【解决方案4】：

大纲：

VirtualAlloc、HeapAlloc 等是直接从操作系统分配各种类型内存的 Windows API。 VirtualAlloc 管理 Windows 虚拟内存系统中的页面，而 HeapAlloc 从特定的 OS 堆分配。坦率地说，您不太可能需要使用其中任何一个。
malloc 是一个标准 C（和 C++）库函数，可为您的进程分配内存。 malloc 的实现通常会使用其中一个 OS API 在您的应用启动时创建一个内存池，然后在您发出 malloc 请求时从该池中分配
new 是一个标准 C++ 运算符，它分配内存，然后在该内存上适当地调用构造函数。它可以通过 malloc 或 OS API 来实现，在这种情况下，它通常也会在应用程序启动时创建一个内存池。

【讨论】：

【解决方案5】：

VirtualAlloc ===> UNIX下sbrk()

HeapAlloc ====> UNIX下malloc()

【讨论】：

这没有回答问题。

【解决方案6】：

VirtualAlloc => 直接分配到虚拟内存，你保留/提交块。这对于大型分配非常有用，例如大型数组。

HeapAlloc / new => 在默认堆（或您可能创建的任何其他堆）上分配内存。这为每个对象分配，非常适合较小的对象。默认堆是可序列化的，因此它有保证的线程分配（这可能会在高性能场景中导致一些问题，这就是您可以创建自己的堆的原因）。

malloc => 使用 C 运行时堆，类似于HeapAlloc，但在兼容性场景中很常见。

简而言之，堆只是由堆管理器管理的一块虚拟内存（而不是原始虚拟内存）

内存世界的最后一个模型是内存映射文件，这种场景非常适合大块数据（如大文件）。这在您打开 EXE 时在内部使用（它不会将 EXE 加载到内存中，只是创建一个内存映射文件）。

【讨论】：