malloc 初始值_malloc怎么用

内存管理：malloc入口和关键数据结构　　前文已经介绍了堆管理的背景知识还有相关算法：虚拟地址空间和堆隐式空闲链表显式空闲链表　　从本文开始来分析一下glibc的malloc实现，其中所列的代码都经过精简和修改，现在glibc的最新版本是2.33（https://www.gnu.org/software/libc/），实际的代码太多，不能全部列出，只能尽量简化　　一、函数入口　　直接在glibc种查找malloc函数的话是找不到的，因为malloc只是一个别名，真正的实现函数名是__libc_malloc：　　其中strong_alias是一个宏：　　__typeof是GNU C（它是标准C的扩展，不严格的说，像ANSI C、ISO C、Standard C、C89、C99都是标准C以不同时期和角度的叫法）中的特性，作用和C++11新出现的decltype有点像，更多细节可以参考GCC10.1的这部分文档：https://gcc.gnu.org/onlinedocs/gcc-10.1.0/gcc/Common-Variable-Attributes.html#Common-Variable-Attributes 　　__attribute__是一个编译属性，它也是GNU C特色之一，用于向编译器描述特殊的标识、错误检查或高级优化。它可以设置函数属性（Function Attribute ）、变量属性（Variable Attribute ）和类型属性（Type Attribute），上面代码设置的是变量属性（设置变量属性细节可参考GCC10.1的文档：https://gcc.gnu.org/onlinedocs/gcc-10.1.0/gcc/Common-Variable-Attributes.html#Common-Variable-Attributes），语法格式为：　　二、malloc_chunk数据结构　　malloc中用到的chunk数据结构名称是malloc_chunk，这个数据结构非常重要，是malloc管理堆的基本数据结构，具体定义为：　　字段的注释大概说明了这个字段的含义，后面再用图示的方法来详细说下这个数据结构。　　三、free chunk 　　把上面malloc_chunk数据结构直接图形化，结果就是free chunk的示意图，关于allocated chunk，后面会再讲到，这里先展示free chunk：

图1：free chunk 　　注意上面图1的mchunk_prev_size这个区域类似于前文隐式空闲链表和显式空闲链表中的footer，只是malloc代码把footer部分放到了header之前，后面再具体说为什么。　　再来看mchunk_size区域中的A、M、P三个flag的含义，这三个bit flag同样对应前文显式空闲链表中的af flag，只是前文只用了一个bit，这里三个bit全用了，具体的含义如下：A：NON_MAIN_ARENA的缩写，指所用arena是不是main arena的flag，关于arena在虚拟地址空间和堆一文中已经介绍过，这里不再赘述M：IS_MMAPPED的缩写，指所用chunk是不是经由mmap分配所得P：PREV_INUSE的缩写，指当前chunk的前一个chunk是不是allocated chunk，是的话这个bit为1，否则为0 　　再看fd、bk这两个字段，这个和前文显式空闲链表中的意思相同，分别用来指向forward方向和backward方向的第一个free chunk。fd_nextsize和bk_nextsize也是两个指针，这两个指针只在large chunk中会用到。　　四、allocated chunk 　　先注意一下上面图1注明了是free chunk，因为malloc_chunk中的这些字段，在chunk是free状态的时候按照图1所列字段解释，在chunk状态是allocated的时候，fd、bk、fd_nextsize、bk_nextsize这些字段全部变成用来存放payload（有效数据）　　还有mchunk_prev_size这个字段也要注意一下，它有两种解释：在previous chunk是free chunk的时候：这个字段的值是前一个chunk的size在previous chunk是allocated chunk的时候：这个字段里的值可能是前一个chunk的payload（有效数据）　　根据前面的这些说明，allocated chunk结构如下图：

图2：allocated chunk 　　特别需要注意的是，在上面图2，红色部分实际上是next chunk的mchunk_prev_size区域，但是在当前chunk是allocated状态时，next chunk的mchunk_prev_size部分也成了current chunk的payload区域。　　这里顺便说一下为什么要把前文显式空闲链表介绍的footer放到了chunk的header之前，之前说过，chunk size和malloc的返回指针mem都要能被8整除，把footer放到header之前并变为mchunk_prev_size字段，这样在mem指针之前就有了8个字节的数据，这样只要当前chunk的开始指针8字节对齐，那么mem指针自然也就8字节对齐，这样处理起来会简单一些，带来的代价就是需要做这些解释。　　五、chunk组合情况　　本系列接下来所做的分析如果没有特殊说明，都是默认图1的A、M两个bit的flag的值为0，意思就是只main arena和所有的chunk都是经过brk/sbrk分配得到。之所以这样做是因为glibc中malloc的实现非常复杂，考虑了各种情况（包括跨平台、不同版本、多线程支持等），如果文章不做取舍，很难把主线讲清楚，还请大家见谅。　　前面讲了free chunk和allocated chunk，这两种chunk组合在一起会产生四种情况：allocated+allocatedallocated+freefree+allocatedfree+free：因为两个free chunk会被merge，通常这种情况不存在，源码里有一种特殊情况，这里暂且不说　　下面用图示的方法展示上面1、2、3三种情况的两个chunk的相接部分，这样更容易理解，图中忽略fd_nextsize和bk_nextsize这两个特殊字段：

图3：allocated+allocated 　　上面图3需要注意的是第二个chunk的mchunk_prev_size区域已经变成了第一个chunk的payload，第二个chunk的P(PREV_INUSE) flag也为1，两个mem指针也必须是8字节对齐。

图4：allocated+free 　　上面图4值得注意的是下面的free chunk中的fd、bk这些指针字段是有效字段了，也会指向相应的其它free chunk，这个图中没有画出

图5：free+allocated 　　上面图5需要注意的是下面的chunk的mchunk_prev_size字段是有效字段，存储了上面free chunk的chunk size，同时下面chunk的P(PREV_INUSE) flag也被设为0 　　六、heap_info和malloc_state 　　它们是堆管理的核心全局数据结构，之前在虚拟地址空间和堆一文中简单提了一下，这里再来说一遍，因为这两个数据结构太重要了，尤其是malloc_state，后续的文章在用到里面的成员的时候再详细说，大家可以先看下定义了解个大概：　　七、小结　　文章主要介绍了malloc_chunk这个重要的数据结构，也简单提了下heap_info和malloc_state，整个malloc的代码都会以这几个数据结构为基础，限于篇幅，本文先写到这，后续文章继续分析malloc的代码实现。

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