一般而言，malloc会维护一个内部的数据结构，用于跟踪空闲的内存块。当调用malloc时，它会根据请求的大小，在这个数据结构中找到合适大小的空闲块，并将其标记为已分配状态。然后，返回指向该内存块起始地址的指针。至于free函数，它接受一个先前由malloc或类似函数返回的指针作为参数。通过这个指针，free可以确定要释放的内存块在堆中的位置。通常情况下，这些信息是保存在堆中分配给用户使用的内存块之前几个字节中。

因此，当调用free时，它会使用这些额外信息找到要释放的内存块，并将其标记为空闲状态以便再次被分配使用。free并不需要显式地知道要释放多少字节的内存，而是依赖于这些额外信息来管理和处理对应内存块。内存分配有三种方式：从静态存储区分配，生命周期随程序的结束而结束，比如全局变量，静态变量。从栈空间分配，函数调用结束后自动释放。从堆空间分配，即动态内存开辟，如malloc、calloc、realloc。一、malloc函数谈到malloc函数相信学过c语言的人都很熟悉，但是malloc底层到底做了什么又有多少人知道。1.1关于malloc相关的几个函数关于malloc我们进入Linux man一下就会得到如下结果：SYNOPSIS

#incLude <stdlib. h>

void *calloc( size_ _t nmemb,

size_t size);

void *malloc(size t size);

void free(void *ptD);

void *realloc(void *ptr, size_ t size);

DESCRIPTION

calloc()

allocates memory for an array of nmemb elements of size bytes

each and ! returns a pointer to the allocated memory; The memory is set

to

zero,

If nmemb or size is 0，then callocO) returns either NULL, or

a unique pointer value that can later be successfully passed to free().

malloc( )

allocates size bytes and returns a pointerto the allocated

memory. The memory is not cleared.

If size

is 0，

then malloc()

returns

either NULL: or a unique pointer value that canlater be suc-

cessfully passed to free（）.

也可以这样认为（window下）原型：extern void *malloc(unsigned int num_bytes);

头文件：#include<malloc.h>或者#include<alloc.h>两者的内容是完全一样的

如果分配成功：则返回指向被分配内存空间的指针，不然返回指针NULL 。同时，当内存不再使用的时候，应使用free()函数将内存块释放掉。关于：void*,表示未确定类型的指针，c,c++规定void*可以强转为任何其他类型的指针，关于void还有一种说法就是其他任何类型都可以直接赋值给它，无需进行强转，但是反过来不可以。malloc:malloc分配的内存大小至少为参数所指定的字节数，malloc的返回值是一个指针，指向一段可用内存的起始位置，指向一段可用内存的起始地址，多次调用malloc所分配的地址不能有重叠部分，除非某次malloc所分配的地址被释放掉malloc应该尽快完成内存分配并返回（不能使用NP-hard的内存分配算法）实现malloc时应同时实现内存大小调整和内存释放函数（realloc和free） malloc和free是配对的，如果申请后不释放就是内存泄露，如果无故释放那就是什么也没做，释放只能释放一次，如果一块空间释放两次或者两次以上会出现错误（但是释放空指针例外，释放空指针也等于什么也没做，所以释放多少次都是可以的。）1.2malloc和newnew返回指定类型的指针，并且可以自动计算所需要的大小。int *p;

p = new int;//返回类型为int* ，分配的大小是sizeof(int)

p = new int[100];//返回类型是int*类型，分配的大小为sizeof(int)*100

而malloc需要我们自己计算字节数，并且返回的时候要强转成指定类型的指针。int *p;

p = (int *)malloc(sizeof(int));malloc的返回是void*,如果我们写成了：p=malloc(sizeof(int));间接的说明了（将void转化给了int*，这不合理）malloc的实参是sizeof(int)，用于指明一个整型数据需要的大小，如果我们写成p=(int*)malloc(1),那么可以看出：只是申请了一个一个字节大小的空间。malloc只管分配内存，并不能对其进行初始化，所以得到的一片新内存中，其值将是随机的。一般意义上：我们习惯性的将其初始化为NULL，当然也可以使用memset函数。简单的说：malloc函数其实就是在内存中找一片指定大小的空间，然后将这个空间的首地址给一个指针变量，这里的指针变量可以是一个单独的指针，也可以是一个数组的首地址，这要看malloc函数中参数size的具体内容。我们这里malloc分配的内存空间在逻辑上是连续的，而在物理上可以不连续。我们作为程序员，关注的是逻辑上的连续，其他的操作系统会帮着我们处理。1.3malloc实现原理虚拟内存地址和物理内存地址为了简单，现代操作系统在处理物理内存地址时，普遍采用虚拟内存地址技术。即在汇编程序层面，当涉及内存地址时，都是使用的虚拟内存地址。采用这种技术时，每个进程仿佛自己独享一片2N字节的内存，其中N是机器位数。例如在64位CPU和64位操作系统下每个进程的虚拟地址空间为264Byte。这种虚拟地址空间的作用主要是简化程序的编写及方便操作系统对进程间内存的隔离管理，真实中的进程不太可能如此大的空间，实际能用到的空间大小取决于物理内存的大小。由于在机器语言层面都是采用虚拟地址，当实际的机器码程序涉及到内存操作时，需要根据当前进程运行的实际上下文将虚拟地址转化为物理内存地址，才能实现对内存数据的操作。这个转换一般由一个叫MMU的硬件完成。1.4brk与sbrk由上文知道，要增加一个进程实际上的可用堆大小，就需要将break指针向高地址移动。Linux通过brk和sbrk系统调用操作break指针。两个系统调用的原型如下：int brk(void *addr);

void *sbrk(inptr_t increment);brk将break指针直接设置为某个地址，而sbrk将break从当前位置移动increment所指定的增量。brk在执行成功时返回0，否则返回-1并设置为errno为ENOMEM,sbrk成功时返回break移动之前所指向的地址，否则返回（void*）-1;资源限制和rlimirt系统为每一个进程所分配的资源不是无限的，包括可映射的空间，因此每个进程有一个rlimit表示当前进程可用的资源上限，这个限制可以通过getrlimit系统调用得到，下面代码获取当前进程虚拟内存空间的rlimit 其中rlimt是一个结构体struct rlimit

{

rlimt_t rlim_cur;

rlim_t rlim_max;

};每种资源有硬限制和软限制，并且可以通过setrlimit对rlimit进行有条件限制作为软限制的上限，非特权进程只能设置软限制，且不能超过硬限制1.5实现malloc（1)数据结构首先我们要确定所采用的数据结构。一个简单可行方案是将堆内存空间以块的形式组织起来，每个块由meta区和数据区组成，meta区记录数据块的元信息（数据区大小、空闲标志位、指针等等），数据区是真实分配的内存区域，并且数据区的第一个字节地址即为malloc返回的地址，可以使用如下结构体定义一个blocktypedef struct s_block *t_block;

struck s_block{

size_t size;//数据区大小

t_block next;//指向下个块的指针

int free;//是否是空闲块

int padding;//填充4字节，保证meta块长度为8的倍数

char data[1];//这是一个虚拟字段，表示数据块的第一个字节，长度不应计入meta

};（2）寻找合适的block现在考虑如何在block链中查找合适的block。一般来说有两种查找算法： First fit:从头开始，使用第一个数据区大小大于要求size的块所谓此次分配的块 Best fit:从头开始，遍历所有块，使用数据区大小大于size且差值最小的块作为此次分配的块两种方式各有千秋，best fit有较高的内存使用率（payload较高），而first fit具有较高的运行效率。这里我们采用first fit算法