关于在堆中申请内存的思考

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#delete #p2p #c

本文通过示例程序分析了C/C++中使用`malloc()`、`new`在堆上申请内存的内部机制。揭示了内存分配并非仅仅为用户指定大小，额外还有用于边界标识和内存管理的字节。讨论了不同数据类型分配内存时额外字节数的变化，并提出了对于内存管理的猜想。

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//日期:2009.03.20

//作者:goodshell

//转载请注明来源:http://blog.youkuaiyun.com/goodshell

关于在堆中申请内存的思考

今天给同学演示关于在堆、栈中申请内存的区别，顺便解决了一下自己的问题，如下。

问题：C中的malloc()和free()、C++中的new和delete相信大家都很熟悉了，但这些函数和操作符究竟为我们做了什么呢？分配的内存真的等于我们想要的大小吗？

看下面的程序段：

/*========================================*/ char* p1; char* p2; p1 = new char [4]; p2 = new char [4]; p1[0]=6; p1[1]=7; p1[2]=8; p1[3]=9; p2[0]=1; p2[1]=2; p2[2]=3; p2[3]=4; for (int i=0;i<68;i++) { cout<<(int)p1[i]<<" "; if(0==(i+1)%4) cout<<endl; } cout<<endl; delete []p1; delete []p2; /*========================================*/

现在看一下输出（实际是就是我们刚才申请的内存区），或许我们能从中看出点什么：

－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－

6 7 8 9

-3 -3 -3 -3

0 0 0 0

7 0 7 0

35 1 8 0

64 33 55 0

-80 33 55 0

0 0 0 0

4 0 0 0

1 0 0 0

45 0 0 0

-3 -3 -3 -3

1 2 3 4

-3 -3 -3 -3

0 0 0 0

－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－

在上面的程序中我们申请了两块内存，都是4个字节，从上面的内存中我们就很容易分辨出来，6789和1234两块内存。对于我们申请 p2= new char [4]这部分内存，实际上申请的并不只是4个字节，除了我们要求的1234这4个字节，另外还分配了13*4＝52个字节的内存。在我们真正需要的数据的前后，都有4个字节的-3，我推断这个很可能是分界符吧，用来标识我们所申请内存的起始和结束位置。从我们想要的内存数据开始向上数16个字节值是“4”，这个正是我们分配的内存区的大小。当改变申请的内存区的大小时，这个值也要相应地发生改变，验证了刚才的推断。

以前我们可能就有这样的疑问，为什么要释放内存时只把指针传给delete或free()就可以了，或许我们能从这多出来的内存区里找到答案。我现在猜想应该是这个额外分配的内存的缘故，当然，现在只是猜想而已。

但真的是一定多分配52个字节吗，似乎不是这样，现在我们把上面的程序改一下

/*========================================*/ int* p1; int* p2; p1 = new int [4]; p2 = new int [4]; p1[0]=6; p1[1]=7; p1[2]=8; p1[3]=9; p2[0]=1; p2[1]=2; p2[2]=3; p2[3]=4; char* pch=(char*)p1; for (int i=0;i<92;i++) { cout<<(int)pch[i]<<" "; if(0==(i+1)%4) cout<<endl; } cout<<endl; delete []p1; delete []p2; /*========================================*/

这时内存的内容如下，

－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－

6 0 0 0

7 0 0 0

8 0 0 0

9 0 0 0

-3 -3 -3 -3

0 0 0 0

9 0 9 0

86 1 8 0

64 33 55 0

-48 33 55 0

0 0 0 0

16 0 0 0

1 0 0 0

45 0 0 0

-3 -3 -3 -3

1 0 0 0

2 0 0 0

3 0 0 0

4 0 0 0

-3 -3 -3 -3

－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－

可以看到，这时多分配的内存大小是14*4＝56个字节，为何要这样，我现在也没有搞明白，但或许我们能从《操作系统》这本书里找到答案。但是，我们上面总结的规律在这里似乎还是有效的，即4个-3作为分界符，申请的内存大小是从我们想要的内存数据开始向上数16个字节的值来标识的(或许不只这一个字节，而是从这个字节开始的连续4个字节做为一个int型数据来决定的)。

以上仅是拙见而已，还请大家多多指正。