我想知道malloc和free是怎么工作的。
int main() {
unsigned char *p = (unsigned char*)malloc(4*sizeof(unsigned char));
memset(p,0,4);
strcpy((char*)p,"abcdabcd"); // **deliberately storing 8bytes**
cout << p;
free(p); // Obvious Crash, but I need how it works and why crash.
cout << p;
return 0;
}
如果答案是在记忆层面上的深度，如果可能的话，我会非常感激。
当前回答
同样重要的是要意识到，简单地使用brk和sbrk移动程序断点指针实际上并不分配内存，它只是设置了地址空间。例如，在Linux上，当访问该地址范围时，内存将由实际的物理页“备份”，这将导致页错误，并最终导致内核调用页分配器以获得备份页。
其他回答
How malloc() and free() works depends on the runtime library used. Generally, malloc() allocates a heap (a block of memory) from the operating system. Each request to malloc() then allocates a small chunk of this memory be returning a pointer to the caller. The memory allocation routines will have to store some extra information about the block of memory allocated to be able to keep track of used and free memory on the heap. This information is often stored in a few bytes just before the pointer returned by malloc() and it can be a linked list of memory blocks.
通过写入超过malloc()分配的内存块，您很可能会破坏下一个块的一些簿记信息，这些信息可能是剩余的未使用的内存块。
在向缓冲区复制太多字符时，程序也可能崩溃。如果额外的字符位于堆之外，当您试图写入不存在的内存时，可能会遇到访问冲突。
同样重要的是要意识到，简单地使用brk和sbrk移动程序断点指针实际上并不分配内存，它只是设置了地址空间。例如，在Linux上，当访问该地址范围时，内存将由实际的物理页“备份”，这将导致页错误，并最终导致内核调用页分配器以获得备份页。
这与malloc和free没有特别的关系。你的程序在复制字符串后表现出未定义的行为——它可能在那一点或之后的任何一点崩溃。即使您从未使用malloc和free，并在堆栈上或静态地分配char数组，也会出现这种情况。
好的，关于malloc的一些答案已经发布了。
更有趣的部分是free是如何工作的(在这个方向上，malloc也可以更好地理解)。
In many malloc/free implementations, free does normally not return the memory to the operating system (or at least only in rare cases). The reason is that you will get gaps in your heap and thus it can happen, that you just finish off your 2 or 4 GB of virtual memory with gaps. This should be avoided, since as soon as the virtual memory is finished, you will be in really big trouble. The other reason is, that the OS can only handle memory chunks that are of a specific size and alignment. To be specific: Normally the OS can only handle blocks that the virtual memory manager can handle (most often multiples of 512 bytes e.g. 4KB).
所以返回40字节到操作系统将不能工作。那么，免费有什么作用呢?
Free会把内存块放在它自己的空闲块列表中。通常情况下，它还尝试将地址空间中的相邻块融合在一起。空闲块列表只是一个循环的内存块列表，在开始的时候有一些管理数据。这也是为什么使用标准malloc/free管理非常小的内存元素效率不高的原因。每个内存块都需要额外的数据，越小的内存块就会产生越多的碎片。
当需要新的内存块时，malloc首先查看的还是空闲列表。在它从操作系统调用新内存之前，它会被扫描。当发现一个块比所需的内存大时，它被分为两部分。一个返回给调用者，另一个返回到空闲列表中。
对于这个标准行为有许多不同的优化(例如对于小块内存)。但是，由于malloc和free必须是通用的，所以当不可用替代方案时，标准行为总是一个退路。在处理空闲列表方面也有优化——例如将块存储在按大小排序的列表中。但是所有的优化也有其局限性。
为什么你的代码崩溃:
原因是，通过将9个字符(不要忘记后面的空字节)写入大小为4个字符的区域，您可能会覆盖存储在您的数据块“后面”的另一个内存块的管理数据(因为该数据通常存储在内存块的“前面”)。当free试图将您的块放入空闲列表时，它会接触到这个管理数据，因此会碰到一个被覆盖的指针。这会使系统崩溃。
This is a rather graceful behaviour. I have also seen situations where a runaway pointer somewhere has overwritten data in the memory-free-list and the system did not immediately crash but some subroutines later. Even in a system of medium complexity such problems can be really, really hard to debug! In the one case I was involved, it took us (a larger group of developers) several days to find the reason of the crash -- since it was in a totally different location than the one indicated by the memory dump. It is like a time-bomb. You know, your next "free" or "malloc" will crash, but you don't know why!
这些是一些最糟糕的C/ c++问题，也是指针问题如此严重的原因之一。
这取决于内存分配器的实现和操作系统。
Under windows for example a process can ask for a page or more of RAM. The OS then assigns those pages to the process. This is not, however, memory allocated to your application. The CRT memory allocator will mark the memory as a contiguous "available" block. The CRT memory allocator will then run through the list of free blocks and find the smallest possible block that it can use. It will then take as much of that block as it needs and add it to an "allocated" list. Attached to the head of the actual memory allocation will be a header. This header will contain various bit of information (it could, for example, contain the next and previous allocated blocks to form a linked list. It will most probably contain the size of the allocation).
Free将删除头文件并将其添加回空闲内存列表。如果它与周围的自由块形成一个更大的块，这些块将被加在一起，形成一个更大的块。如果整个页面现在是空闲的，分配器很可能会将该页返回给操作系统。
这不是一个简单的问题。操作系统分配器部分完全不受您的控制。我建议您阅读Doug Lea的Malloc (DLMalloc)之类的东西，以了解一个相当快的分配器是如何工作的。
编辑:你的崩溃将由这样一个事实引起，即写大于分配，你已经覆盖了下一个内存头。这样，当它释放时，它会非常困惑，不知道它到底释放了什么，以及如何合并到下面的块中。这可能并不总是会直接导致免费的崩溃。这可能会导致以后的崩溃。一般避免内存覆盖!
