内存分配/释放？

我最近一直在研究内存分配问题，我对基础知识有点困惑。 我一直无法围绕简单的东西包扎头脑。 分配内存意味着什么？ 怎么了？ 我会很高兴回答以下任何问题：

char* x; 
x = (char*) malloc (8);

谢谢。

记忆模型

C ++标准有一个内存模型。 它试图以通用的方式在计算机系统中对内存进行建模。 该标准定义了一个字节是存储器模型中的一个存储单元，该存储器由字节组成（§1.7）：

C ++内存模型中的基本存储单元是字节。 [...] C ++程序可用的内存由一个或多个连续字节序列组成。

对象模型

标准总是提供一个对象模型。 这指定对象是一个存储区域（所以它由字节组成并驻留在内存中）（§1.8）：

C ++程序中的结构创建，销毁，引用，访问和操作对象。 一个对象是一个存储区域。

所以我们走了。 内存是存储对象的地方。 要将对象存储在内存中，必须分配必需的存储区域。

分配和释放函数

该标准提供了两个隐式声明的全局范围分配函数：

void* operator new(std::size_t);
void* operator new[](std::size_t);

这些如何实施并不是标准的问题。 重要的是，它们应该返回一个指向某个存储区域的指针，其中传递的参数对应的字节数（§3.7.4.1）：

分配函数尝试分配请求的存储量。 如果成功，它应该返回一个存储块的开始地址，这个存储块的长度以字节为单位，应至少与请求的大小一样大。 从分配函数返回时，分配存储的内容没有限制。

它还定义了两个相应的释放函数：

void operator delete(void*);
void operator delete[](void*);

定义哪些是用于释放先前已分配的存储空间（第3.7.4.2节）：

如果在标准库中赋予释放函数的参数是一个不是空指针值（4.10）的指针，解除分配函数应该释放指针引用的存储器，使所有指向解除分配存储器任何部分的指针无效。

new并delete

通常，您不应该直接使用分配和释放函数，因为它们只会给您提供未初始化的内存。 相反，在C ++中，您应该使用new和delete来动态分配对象。 新表达式通过使用上述分配函数之一获取请求类型的存储，然后以某种方式初始化该对象。 例如， new int()将为int对象分配空间，然后将其初始化为0.请参阅第5.3.4节：

新表达式通过调用分配函数（3.7.4.1）获取对象的存储。

[...]

一个创建T类型对象的新表达式初始化该对象[...]

在相反的方向上， delete将调用对象的析构函数（如果有的话），然后释放存储（第5.3.5节）：

如果delete-expression的操作数的值不是空指针值，则delete-expression将调用该对象的析构函数（如果有）或要删除的数组的元素。

[...]

如果delete-expression的操作数的值不是空指针值，则delete-expression将调用一个释放函数（3.7.4.2）。

其他分配

但是，这不是存储分配或释放的唯一方式。 语言的许多结构隐含地要求分配存储空间。 例如，给出一个对象定义，如int a; ，还需要存储（§7）：

一个定义会导致适当的存储量被保留，并进行任何适当的初始化（8.5）。

C标准库： malloc和free

另外， <cstdlib>头文件<cstdlib>了stdlib.h C标准库的内容，其中包含malloc和free函数。 它们也被C标准定义为分配和释放内存，就像C ++标准定义的分配和释放函数一样。 以下是malloc的定义（C99§7.20.3.3）：

void *malloc(size_t size);
描述
malloc函数为大小由size指定且值不确定的对象分配空间。
返回
malloc函数返回空指针或指向分配空间的指针。

而free的定义（C99§7.20.3.2）：

void free(void *ptr);
描述
free函数使ptr指向的空间被释放，也就是说，可用于进一步分配。 如果ptr是空指针，则不会发生任何操作。 否则，如果参数与先前由calloc ， malloc或realloc函数返回的指针不匹配，或者如果通过调用free或realloc释放空间，则行为未定义。

但是，在C ++中使用malloc和free是没有好的借口的。 如前所述，C ++有其自己的选择。

问题的答案

所以要直接回答你的问题：

char* x; 
x = (char*) malloc (8);

1）正在分配的“内存”在哪里？

根据你的操作系统，编程环境（gcc vs Visual C ++ vs Borland c ++ vs其他），计算机，可用内存等等，这是完全不同的。一般来说，内存是从所谓的堆，内存区域等待分配的周围供你使用。 它通常会使用您的可用RAM。 但总有例外。 大多数情况下，只要它给我们记忆，它的来源不是一个很大的问题。 有特殊类型的内存，例如虚拟内存，在任何给定时间可能实际上可能不在RAM中，并且如果您用完实际内存，可能会将其移动到硬盘驱动器（或类似的存储设备）。 完整的解释将会很长！

2）这个“记忆”是什么？ 数组中的空间？ 或者是其他东西？

内存通常是计算机中的内存。 如果将内存视为一个巨大的“数组”是有帮助的，它肯定会像一个一样操作，然后将其视为大量字节（8位值，非常类似于unsigned char值）。 它从内存底部的索引0开始。 然而，就像以前一样，这里有很多例外情况，某些内存部分可能会映射到硬件，甚至根本不存在！

3）当这个“内存”被分配时会发生什么？

在任何时候应该有（我们真的希望！）其中一些可用于软件分配。 它如何分配是高度依赖于系统的。 一般来说，分配一个区域的内存，分配器将其标记为已使用，然后指定给您使用，指示程序在您系统的所有内存中的内存所在的位置。 在你的例子中，程序会找到一个8字节的连续块（​​char），并返回一个指向它标识为“正在使用”之后发现该块的位置的指针。

4）当内存被释放时究竟发生了什么？

系统将该内存标记为可供再次使用。 这非常复杂，因为这往往会在内存中造成漏洞。 分配8个字节，然后再分配8个字节，然后释放前8个字节，你就有了一个漏洞。 有关于处理释放，内存分配等方面的全部书籍。所以希望简短的回答就足够了！

5）如果有人能够回答这些C ++语言中malloc的含义，它也能真正帮助我：

真的很粗鲁，并假设它在一个函数中（顺便说一句，从不这样做，因为它不会释放你的内存并导致内存泄漏）：

void mysample() {
  char *x; // 1
  x = (char *) malloc(8); // 2
}

1）这是一个保留在本地堆栈空间的指针。 它没有被初始化，所以它指向内存中的任何内容。

2）它调用了一个参数为8的malloc。只需让C / C ++知道你打算将它作为（char *），因为它返回一个（void *），这意味着它没有应用类型。 然后结果指针被存储在你的x变量中。

在非常粗糙的x86 32位汇编中，这看起来有点模糊

PROC mysample:
  ; char *x;
  x = DWord Ptr [ebp - 4]
  enter 4, 0   ; Enter and preserve 4 bytes for use with 

  ; x = (char *) malloc(8);
  push 8       ; We're using 8 for Malloc
  call malloc  ; Call malloc to do it's thing
  sub esp, 4   ; Correct the stack
  mov x, eax   ; Store the return value, which is in EAX, into x

  leave
  ret

实际的分配在第3点中有详细的描述.Marcoc通常只是调用一个系统函数来处理所有其他事情，并且像这里的其他所有内容一样，它与操作系统，操作系统，系统等等有很大不同。

1。 正在分配的“记忆”在哪里？

从语言角度来看，这并没有具体说明，主要是因为细节往往无关紧要。 另外， C++标准在指定硬件细节方面往往会出错，以尽量减少不必要的限制（平台编译器都可以运行，并且可能进行优化）。

sftrabbit的回答给出了关于这个结局的很好的概述（并且这是你真正需要的），但是我可以给出几个有用的例子以防万一。

例1：

在一台足够旧的单用户计算机上（或者一个足够小的嵌入式计算机），大多数物理RAM可以直接用于你的程序。 在这种情况下，调用malloc或new基本上是内部簿记，允许运行时库跟踪那些RAM当前正在使用的块。 您可以手动执行此操作，但它很快就会变得乏味。

例2：

在现代多任务操作系统上，物理RAM与许多进程和其他任务（包括内核线程）共享。 它也用于后台的磁盘缓存和I / O缓冲，并且通过虚拟内存子系统进行扩展，当不使用时可以将数据交换到磁盘（或某些其他存储设备）。

在这种情况下，调用new可能会首先检查你的进程是否已经有足够的空间可用，并且如果没有请求更多的操作系统。 无论返回什么内存，都可能是物理的，或者它可能是虚拟的（在这种情况下，物理RAM可能不会被分配来存储它，直到它实际被访问）。 至少在不使用特定于平台的API的情况下，您甚至无法区分这种差异，因为内存硬件和内核合谋将其隐藏起来。

2。 这是什么“记忆”？ 数组中的空间？ 或者是其他东西？

在例1中，它就像数组中的空间一样：返回的地址标识一个可寻址的物理RAM块。 即使在这里，RAM地址也不一定是平坦的或连续的 - 有些地址可能保留给ROM或I / O端口。

在例2中，它是一个更虚拟的索引：你的进程的地址空间。 这是一个抽象，用于隐藏进程中的底层虚拟内存细节。 当你访问这个地址时，内存硬件可能直接访问一些真实的RAM，或者它可能需要让虚拟内存子系统提供一些。

3。 这个“内存”被分配时究竟发生了什么？

通常，返回一个指针，您可以使用它来存储您请求的字节数。 在这两种情况下， malloc或new操作员都会进行一些内务管理，以跟踪进程地址空间的哪些部分被使用，哪些是免费的。

4。 当内存被释放时究竟发生了什么？

一般来说， free或delete将做一些家务管理，以便他们知道内存可以重新分配。

如果有人能够回答这些C ++代码中malloc的含义，它也会帮助我：

char* x; 
x = (char*) malloc (8);

它返回一个指针，它可以是NULL （如果它找不到所需的8个字节），或者是一些非NULL值。

对这个非NULL值唯一有用的说法是：

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