29、C 语言内存管理全解析

C 语言内存管理全解析

一、C 语言内存管理基础

在 C 语言中，程序员需要对内存管理负全责，因此必须密切关注所有内存分配情况。常见的编程陷阱之一是“使用已释放的内存”（use-after-free），即当一块内存被释放后又被访问。一旦对某块内存调用了 free() 函数，程序就绝不能再访问其内容。程序员尤其要留意悬空指针，也就是那些非空但指向无效内存块的指针。有两个常用工具可辅助处理此类问题，分别是 Electric Fence 和 valgrind。

二、数据对齐

数据对齐指的是数据地址与硬件所衡量的内存块之间的关系。若一个变量位于其大小的整数倍的内存地址处，则称该变量是自然对齐的。例如，一个 32 位的变量，如果其内存地址是 4 的倍数（即地址的最低两位为 0），那么它就是自然对齐的。因此，大小为 2ⁿ 字节的类型，其地址的 n 个最低有效位必须为 0。

不同的机器架构对数据对齐有不同的要求。有些系统中，加载未对齐的数据会导致处理器陷阱；而在另一些系统中，访问未对齐的数据虽然安全，但会导致性能下降。编写可移植代码时，必须避免对齐问题，确保所有类型都是自然对齐的。

三、分配对齐的内存

大多数情况下，编译器和 C 库会透明地处理对齐问题。POSIX 规定，通过 malloc() 、 calloc() 和 realloc() 返回的内存要能与任何标准 C 类型正确对齐。在 Linux 系统中，32 位系统上这些函数返回的内存按 8 字节边界对齐，64 位系统上按 16 字节边界对齐。