C语言malloc和free实现原理

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以下是一段简单的C代码，malloc和free到底做了什么？


int main()  
{  
    char* p = (char*)malloc(32);  
    free(p);  
    return 0;  
}  
malloc和free的debug和release版本实现各不相同，而且相差很大。


Debug版本
malloc需要分配的内存会比实际的size多36byte。最终分配的内存块如下：


_CrtMemBlockHeader是一个双向链表结构，其定义如下：


<pre name="code" class="cpp">typedef struct _CrtMemBlockHeader  
{  
    struct _CrtMemBlockHeader *pBlockHeaderNext;    //下次分配的内存块  
    struct _CrtMemBlockHeader *pBlockHeaderPrev;    //上次分配的内存块  
    char *szFileName;               //分配内存代码的文件名  
    int nLine;                  //分配内存代码的行号  
    size_t nDataSize;               //请求的大小，如实例中的32  
    int nBlockUse;                  //请求的内存类型，如实例中的user类型  
    long lRequest;                  //请求id，每次请求都会被记录  
    unsigned char gap[nNoMansLandSize];     //4字节校验位  
} _CrtMemBlockHeader;  


用户请求内存前后分别有4字节的校验位，分配内存后都会被初始化为0xFD。如果这8个字节被改写，free时就会触发断言失败。
而请求的32字节会被初始化为0xCC（和栈的初始化一样）。
系统通过记录这些信息就能显示的给出错误。比如越界访问请求的内存在debug下会断言失败，release下面则不会，从而这会给程序埋下巨大的隐患。很多在release下偶发的错误就是这样产生的。
_CrtMemBlockHeader总共32字节，加上用户请求的32字节及最后4字节校验位是68字节。最终调用系统的API请求内存。比如Windows下面是HeapAlloc。


如果内存分配失败，malloc不像new那样可以调用new_handler来处理，它直接返回NULL。


free则是对_CrtMemBlockHeader的信息做清理操作，检查校验位等等。最终调用系统API释放内存。比如Windows下面是HeapFree。


Release版本
实际分配的内存等于请求的内存大小。malloc和free只是在系统API之上做了些判断操作。


总结
C语言是跨平台的，最终的内存处理都是交给系统API完成。系统会记录每一块分配内存的地址，大小，释放情况等等。所以free时只需要传一个地址的参数就可以了。而且同一个地址不能释放两次。