与静态 c 运行时链接时内存分配/释放时的问题

Question

我在 Jeffrey Richter 和 Christophe Nasarre 所著的 Windows via C-C++ 一书中看到了以下注释。

检查以下代码： V

OID EXEFunc() {
PVOID pv = DLLFunc();
// Access the storage pointed to by pv...
// Assumes that pv is in EXE's C/C++ run-time heap
free(pv);
}
PVOID DLLFunc() {
// Allocate block from DLL's C/C++ run-time heap
return(malloc(100));
}

那么，你怎么看？前面的代码能正常工作吗？是由分配的块 DLL的函数被EXE的函数释放了？答案是：也许。显示的代码不 给你足够的信息。如果 EXE 和 DLL 都链接到 DLL C/C++ 运行时 库，代码工作得很好。但是，如果一个或两个模块链接到静态 C/C++ 运行时库，调用 free 失败。

我无法理解为什么在将模块与静态 C 运行时链接时调用 free 会失败。

有人可以解释为什么免费会失败吗？ 在这里找到类似的问题： Memory Allocation in Static vs Dynamic Linking of C Runtime

但我和 MrPhilTx 有同样的疑问： 不是所有的堆都在同一个地址空间中吗？

谢谢！

Answer 1

当您的 DLL 和 EXE 都静态链接到 C 运行时，这两个运行时根本不知道彼此。因此，EXE 和 DLL 都有自己的运行时副本、自己的堆和堆元数据。双方都不知道其他元数据，并且在释放内存时没有安全的方法来更新数据。你最终会得到不稳定的元数据，事情最终会失败（如果你很幸运，它会立即失败）。

这意味着您的进程中至少有两个堆，每个堆都有自己的规则和元数据。 EXE 无法知道 DLL 分配内存的确切方式，因此无法释放它。

至于为什么当一切都是动态链接的时候你可以共享一个堆，这很简单，进程中只有一个 C 运行时 DLL 的副本，所以如果每个 DLL 链接到它，它们都会调用具有相同元数据的相同代码。

Answer 2

您不能从一个分配器分配内存并用另一个分配器释放它。不同的分配器使用不同的内部实现，将内存块分配给没有分配它的分配器的结果是不可预测的。

因此，除非您知道两段代码使用相同的分配器这一事实，否则您不能在一段代码中分配内存并在另一段中释放内存。通常的解决方案是确保同一个单元分配和释放内存。在您的示例中，DLL 可以提供主代码可以调用的“免费”函数，而不是调用自己的 free 函数，该函数释放到自己的分配器。

所以改为这样做：

OID EXEFunc() {
    PVOID pv = DLLFunc();
    // Access the storage pointed to by pv...
    // Assumes that pv is in EXE's C/C++ run-time heap
    DLLFreeFunc(pv);
}

...

PVOID DLLFunc() {
    // Allocate block from DLL's C/C++ run-time heap
    return(malloc(100));
}

DLLFreeFunc(PVOID x) {
    free(x);
}

Answer 3

在 Linux 上，程序使用 brk 和 sbrk 系统调用从内核请求额外的数据页。 sbrk 返回一个地址，指向您的程序可以使用的数据段。

malloc 和 free 通过将 brk 和 sbrk 返回的数据段变成一个堆来使用它。堆是当前进程空间中的一大块内存，可以根据需要请求和返回小块内存。请务必注意，对 malloc 和 free 的许多调用都不会进行系统调用。

现在，当 malloc 和 free 想要使用堆时，他们需要获取指向堆的指针。此指针存储在称为静态数据的单独数据段中，并在应用程序加载时分配。为了确保不同的 DLL（或 linux 上的共享库）不会相互冲突，每个 DLL 都有自己的静态数据段。

现在让我们假设 dll 和可执行文件都静态链接到它们自己的库。在这种情况下，dll 和可执行文件将具有指向不同堆的指针，并且在这种情况下，dll 和可执行文件都必须释放它们自己的内存。

但是在 linux 上，dll 和可执行文件都将通过一个通用 DLL（linux 上的 libc.so）访问 malloc 和 free。在这种情况下，由于 dll 和可执行文件都在有效地访问 libc 的堆，因此可执行文件可以安全地释放 dll 分配的内存。

无论如何，最好让 dll 提供自己的免费功能。如果没有其他文件表明需要释放 DLLFunc 返回的指针，则此内容。

我想这在 Windows 上也是如此。

Answer 4

代码严重依赖于malloc 和free 的实现。一个好的实施没有问题，一个糟糕的实施确实会失败。创建malloc 和free 的工作DLL 实现肯定更容易，但在静态库中这样做远非不可能。

一个简单的例子是一个静态库，它将调用直接转发到GlobalAlloc 和GlobalFree。