对于malloc来说，很多人都不陌生。然而，我们对它的了解并不是很深，我们常常会用，而不明白其中的原理，从而，很容易造成内存泄漏，内存碎片等问题。这常常让我们头痛不已，故而我们需要进一步的去了解它。
首先，什么事malloc?
在很多人认为malloc是个关键字，但是malloc只是C的标准库中提供的一个普通函数。
malloc 向系统申请分配指定size个字节的内存空间，返回类型是 void* 类型。
它的返回值是如果分配成功则返回指向被分配内存的指针(此存储区中的初始值不确定)，否则返回空指针NULL。当内存不再使用时，应使用free()函数将内存块释放。
我们看看其源码是如何写的
void * __cdecl _malloc_base (size_t size)
{
void *res = NULL;
// validate size
if (size <= _HEAP_MAXREQ) {
for (;;) {
// allocate memory block
res = _heap_alloc(size);
// if successful allocation, return pointer to memory
// if new handling turned off altogether, return NULL
if (res != NULL)
{
break;
}
if (_newmode == 0)
{
errno = ENOMEM;
break;
}
// call installed new handler
if (!_callnewh(size))
break;
// new handler was successful -- try to allocate again
}
} else {
_callnewh(size);
errno = ENOMEM;
return NULL;
}
RTCCALLBACK(_RTC_Allocate_hook, (res, size, 0));
if (res == NULL)
{
errno = ENOMEM;
}
return res;
}
这是VS2012中malloc的源码，我们可见其如何实现的，接下来我们看看free的源代码
void __cdecl _free_base (void * pBlock)
{
int retval = 0;
if (pBlock == NULL)
return;
RTCCALLBACK(_RTC_Free_hook, (pBlock, 0));
retval = HeapFree(_crtheap, 0, pBlock);
if (retval == 0)
{
errno = _get_errno_from_oserr(GetLastError());
}
}
关于内存方面在《UNIX环境高级编程》中第七章的一段话，是这样说的：
大多数实现所分配的存储空间比所要求的要稍大一些，额外的空间用来记录管理信息——分配块的长度，指向下一个分配块的指针等等。这就意味着如果写过一个已分配区的尾端，则会改写后一块的管理信息。这种类型的错误是灾难性的，但是因为这种错误不会很快就暴露出来，所以也就很难发现。将指向分配块的指针向后移动也可能会改写本块的管理信息。
malloc函数的实质体现在，它有一个将可用的内存块连接为一个长长的列表的所谓空闲链表。调用malloc函数时，它沿连接表寻找一个大到足以满足用户请求所需要的内存块。然后，将该内存块一分为二（一块的大小与用户请求的大小相等，另一块的大小就是剩下的字节）。接下来，将分配给用户的那块内存传给用户，并将剩下的那块（如果有的话）返回到连接表上。调用free函数时，它将用户释放的内存块连接到空闲链上。到最后，空闲链会被切成很多的小内存片段，如果这时用户申请一个大的内存片段，那么空闲链上可能没有可以满足用户要求的片段了。于是，malloc函数请求延时，并开始在空闲链上翻箱倒柜地检查各内存片段，对它们进行整理，将相邻的小空闲块合并成较大的内存块。
glibc维护了不止一个不定长的内存块链表，而是好几个，每一个这种链表负责一个大小范围，这种做法有效减少了分配大内存时的遍历开销，类似于哈希的方式，将很大的范围的数据散列到有限的几个小的范围内而不是所有数据都放在一起，虽然最终还是要在小的范围内查找，但是最起码省去了很多的开销，如果只有一个不定长链表那么就要全部遍历，如果分成3个，就省去了2/3的开销，总之这个策略十分类似于散列。glibc另外的策略就是不止维护一类空闲链表，而是另外再维护一个缓冲链表和一个高速缓冲链表，在分配的时候首先在高速缓存中查找，失败之后再在空闲链表查找，如果找到的内存块比较大，那么将切割之后的剩余内存块插入到缓存链表，如果空闲链表查找失败那么就往缓存链表中查找. 如果还是没有合适的空闲块，就向内存申请比请求数更大的内存块，然后把剩下的内存放入链表中。
在对内存块进行了 free 调用之后，我们需要做的是诸如将它们标记为未被使用的等事情，并且，在调用 malloc 时，我们要能够定位未被使用的内存块。因此， malloc返回的每块内存的起始处首先要有这个结构：
这就解释了，为什么在程序中free之后，但是堆的内存还是没有释放。