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
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!
其他回答
理论上，malloc为这个应用程序从操作系统获取内存。然而，由于您可能只需要4个字节，而操作系统需要在页面上工作(通常是4k)， malloc所做的要比这多一点。它取一个页面，并把它自己的信息放在那里，这样它就可以跟踪你从该页中分配和释放了什么。
例如，当分配4个字节时，malloc会提供一个指向4个字节的指针。您可能没有意识到的是，在4个字节之前的8-12个字节的内存被malloc用来构成您已分配的所有内存的链。当你调用free时，它会取你的指针，备份到它的数据所在的位置，并对其进行操作。
当你释放内存时，malloc将内存块从链上取下…并且可能会也可能不会将这些内存返回给操作系统。如果它这样做，那么访问内存可能会失败，因为操作系统将拿走你访问该位置的权限。如果malloc保留内存(因为它在该页中分配了其他内容，或者用于某些优化)，则访问将正常工作。这仍然是错误的，但可能会起作用。
免责声明:我所描述的是malloc的一种常见实现，但绝不是唯一可能的实现。
正如aluser在这个论坛上说的:
Your process has a region of memory, from address x to address y, called the heap. All your malloc'd data lives in this area. malloc() keeps some data structure, let's say a list, of all the free chunks of space in the heap. When you call malloc, it looks through the list for a chunk that's big enough for you, returns a pointer to it, and records the fact that it's not free any more as well as how big it is. When you call free() with the same pointer, free() looks up how big that chunk is and adds it back into the list of free chunks(). If you call malloc() and it can't find any large enough chunk in the heap, it uses the brk() syscall to grow the heap, i.e. increase address y and cause all the addresses between the old y and the new y to be valid memory. brk() must be a syscall; there is no way to do the same thing entirely from userspace.
Malloc()依赖于系统/编译器，所以很难给出一个具体的答案。基本上，它会跟踪它所分配的内存，这取决于它是如何做的，所以你对free的调用可能失败或成功。
malloc()和free()并不是在每个O/S上都以相同的方式工作。
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。
malloc/free的一个实现如下所示:
通过sbrk() (Unix调用)从操作系统获取一块内存。 在该内存块周围创建一个页眉和页脚，并提供一些信息，如大小、权限以及下一个和上一个块的位置。 当传入对malloc的调用时，引用一个指向适当大小的块的列表。 然后返回这个块，页眉和页脚也相应地更新。
