堆内存:8字节结构的16字节间隙

Question

我使用下面的代码来创建一个新节点并将其插入到一个链接列表中，然后释放它们。

// the node
struct node
{
    int data;
    struct node *next;
};


// returns a pointer to a new node with data
struct node *new_node(int data)
{
    struct node *node;
    node = malloc(sizeof(struct node));
    node->data = data;
    node->next = NULL;
    return node;
}

// insert node at front of list
void push(struct node **head, int data)
{
    struct node *node = new_node(data);
    node->next = *head;
    *head = node;
}

// free the list, deallocate each node's memory
void delete_list(struct node** head)
{
    if(*head == NULL)
        return;

    struct node *next = NULL;
    next = (*head)->next;
    while(next != NULL)
    {
        next = (*head)->next;
                // print address of the memory released
        printf("Freeing %d\n", (int)*head);
        free(*head);
        *head = next;
    }
}

现在，在我的机器中，结构是8个字节(4字节int和4字节指针)。现在，我对以下几点有点不确定，所以请帮帮我：

1. 当我按顺序调用push()时，内存是否被连续分配？总是这样吗？我想是不可能的，因为堆中的内存可以是分段的。
2. 假设分配的内存是连续的，那么会不会间隔8字节，因为struct的大小是8字节。在我的机器上，当我打印释放内存的地址时，每次执行时，打印的内存地址都是16字节。为什么？ Freeing 148025480 Freeing 148025464 Freeing 148025448 Freeing 148025432 Freeing 148025416 Freeing 148025400 Freeing 148025384 Freeing 148025368 Freeing 148025352 <empty list>
3. 现在，如果我们的整数数组没有连续地分配内存(堆非常分散，内存需求相当大)，我们使用指针算法来处理数组的每个元素，每次增加地址4(或int的大小)，难道我们不应该遇到程序没有保留的内存，抛出程序吗？或者运行时环境足够聪明来处理这个问题，因为编译器不能这样做，因为它不知道如何分配内存。操作系统会处理这个问题吗？

Answer 1

每次您调用new_node时，它都会调用malloc()。

您不能(或者不应该)预测malloc()将在哪里找到您的内存。它依赖于操作系统和运行时。

在特定的操作系统上运行，在某些情况下，您可能会发现，从连续调用到malloc()的分配是连续的。但是，这种行为在加载或内核更新时、在libc实现中的更改或在各种其他条件下都可能发生变化。

您可以假设对malloc()的单个调用分配的内存块是连续的(至少在程序看到的指针方面是这样的)。您的程序不应该假设其他任何关于毗连的东西。

如果这真的困扰您，您可以在您自己的代码中负责更多的内存管理--而不是为每个节点调用malloc()，而是在开始时调用它，并获得更大的内存块。随后对new_node的调用可以使用该块的一部分。如果该块中的空间不足，您可以malloc()另一个块(可能不会与第一个块相邻)或realloc()来扩展(并且可能会移动)它。

您可能会发现，所有这些都会使您的代码变得更加复杂--这取决于您是否有解决这些问题的好处。Hotspot Java的作者基本上就是这样做的--他们在执行开始时使用了一个大的内存块，然后当Java程序需要内存时，它不会调用malloc()和free()，而是使用自己的例程来分配块的一部分。

Answer 2

关于#2，调用malloc的结果不完全连续的一个原因可能是元数据:当您请求x字节时，malloc实现可能为内部簿记过程分配一些额外的内存(标记块的大小、指向其他空闲块的指针等)。因此，对8个字节的请求实际上可能导致内部分配16个字节，因此连续分配之间的16字节间隔。

Answer 3

如果使用malloc分配内存，则返回的内存将始终是连续的。

如果您两次调用malloc，就不能保证这两个分配将放在一起，即使两个malloc调用就在一起。