关于free()函数的一些说明

本文详细探讨了free()函数在释放内存后的行为特征,并通过示例代码解释了指针在释放内存后仍指向原内存位置的原因及潜在问题。强调了为避免野指针出现,在使用free()后设置指针为空的重要性。

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          free()函数在头文件malloc.h中有相关的声明。其原型是:void free(void *ptr);其作用是用来释放malloc向系统申请的内存。

文章主要对free()作用于指针后的一些后续性的一些说明。希望能帮助到大家了解free()更深层次的一些问题!


这里我提出一个观点是:用free()函数来释放了malloc()申请的内存之后,只是其内容被清空了并且程序不再拥有这段内存的使用权,但是其指针还是指向这块内存!

我用一个程序片段来说明:

void
test( void )
{
     int *ptr  = malloc( sizeof( int ) );
     *ptr = 100000;
     printf(" ptr的地址是0x%x  内容是%d\n",ptr,*ptr);
     free(ptr);
     printf("释放之后ptr的地址是0x%x\n",ptr);
     //这里不能读取ptr的内容因为已经被释放     
}


      通过这段测试代码可以看出即使用free()来释放ptr之后ptr的指向依然是没有改变的,就是它指向那块内存就是     

向那块内存。只不过那块内存的使用权已经不归你程序所有而已。看到这里我想读者现在就能够明白为什么free()

之后还要把指针指向NULL;其作用就是为了防止野指针的出现。野指针就是说指向了一块并不属于你的内存的指

针。

所以这里也可以看出free()的一些内在的缺陷。它并不能完全的防止错误的读操作。

措施是每次我们用完free()之后都要将ptr在指向NULL;或者你可以重写一个free()。然后将它在放回gcc的include这个文件里面。



### C语言 `free` 函数的实现原理与源码分析 在C语言中,`free` 是标准库函数之一,用于释放之前由 `malloc` 或其他动态内存分配函数分配的内存。其主要功能是从堆中回收指定地址所指向的内存区域,并将其返回给操作系统或内存管理器以便后续重用。 #### 1. 堆内存管理基础 为了理解 `free` 的工作原理,需先了解堆内存的基本结构。当程序调用 `malloc` 分配一块内存时,实际分配的是一个更大的块,其中不仅包含了用户请求的部分,还可能附加了一些元数据(metadata)。这些元数据通常存储在每块内存前面的一个头部结构中,记录了该块大小以及其他状态信息[^3]。 #### 2. Free 的基本流程 以下是 `free` 函数的主要执行过程: - **验证指针合法性** 首先检查传入的指针是否有效。如果传递了一个非法或者未初始化的指针,则可能导致未定义行为。现代实现可能会加入额外的安全机制来检测错误使用的场景。 - **定位对应的内存块头信息** 使用指针减去偏移量找到对应内存块的真实起始位置及其关联的元数据部分。这一操作依赖于具体平台上的 malloc 实现细节。 - **更新链表/树状结构中的节点状态** 动态内存管理系统内部维护着一系列的数据结构用来跟踪哪些区域处于已占用还是可用的状态。Free 就是要把当前释放掉的空间重新插回到合适的空闲列表里边去。 - **合并相邻碎片 (Coalesce)** 如果被释放的这块紧挨着前后两侧也都是自由区的话,那么它们就会被连成一片形成一个新的更大范围的闲置区间;这样做的目的是减少因频繁申请释放而导致的小片断化现象发生概率从而提高整体性能表现水平[^3]。 #### 3. GNU glibc 中的具体实现剖析 以GNU libc为例,在其实现当中采用了多种策略和技术手段优化效率并兼顾兼容性和稳定性需求: - **Arena 和 Heap 结构设计** - Arena 表示独立的工作环境,默认情况下每个线程拥有自己的 arena 来避免竞争锁带来的开销问题。 - 而 heap 则代表整个进程可利用的所有虚拟地址空间资源集合体。 - **Fastbins 快速路径支持** - 对小于一定阈值的对象采用 fastbin 方式快速处理,省去了复杂的查找比较环节加快速度。 - **Sbrk vs Mmap 混合模式切换逻辑判断条件设定合理与否直接影响到最终效果的好坏程度差异巨大** 下面是简化版伪代码展示大致思路框架图解说明如下所示: ```c void free(void *ptr){ if(!ptr)return; // NULL check mstate ar_ptr=get_mstate_for(ptr); // Get associated arena state. chunkptr p=mem2chunk(ptr); size_t sz=p->size&~NON_MAIN_ARENA; /* Handle small chunks via fast bins */ if(is_small(sz)){ unlink_and_set_fd(p,bins[idx]); return ; } /* Normal case processing including coalescing etc.*/ } ``` 以上仅为概念性的描述概括总结而已并非完整的精确再现真实情况下的全部复杂情形考虑因素众多难以一一列举穷尽所有可能性变化组合形式多样灵活适应性强等特点决定了它成为了一门深奥学问值得深入探究学习掌握精髓所在之处才能更好地运用自如游刃有余地解决问题克服困难挑战自我极限追求卓越成就非凡事业梦想成真辉煌未来无限美好前景广阔充满希望期待明天更加灿烂辉煌!
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