为啥连续调用 new[] 不分配连续内存？

Posted 2023-02-21

【中文标题】为啥连续调用 new[] 不分配连续内存？

【英文标题】：Why do successive calls to new[] not allocate contiguous memory?为什么连续调用 new[] 不分配连续内存？

【发布时间】：2014-10-29 21:50:44

【问题描述】：

我使用的是 Ubuntu 14.04 64 位。这是我的 C++ 代码，看看内存是如何使用的。

int main() 
  int **ptr;

  ptr = new int* [2];
  cout << &ptr << " -> " << ptr << endl; 

  for (int r = 1; r <= 2; r++) 
    ptr[r-1] = new int [2 * r];
    cout << &ptr[r-1] << " -> " << ptr[r-1] << endl;

    for (int c = 0; c < 2 * r; c++)        
        ptr[r-1][c] = r * c;
        cout << &ptr[r-1][c] << " -> " << ptr[r-1][c] << endl;
    
  

  return 0;

这是我的输出：

0x7fff09faf018 -> 0x1195010
0x1195010 -> 0x1195030
0x1195030 -> 0
0x1195034 -> 1
0x1195018 -> 0x1195050
0x1195050 -> 0
0x1195054 -> 2
0x1195058 -> 4
0x119505c -> 6

我预计操作系统会连续分配内存。所以 ptr[0][0] 会在 0x1195020 而不是 0x1195030！？ OS 在 0x1195020 - 0x119502F, 0x1195038 - 0x0x119504F 处使用什么？

【问题讨论】：

您不是直接从操作系统分配内存。运行时管理自己的堆，而堆又是从操作系统分配的。不能保证对 new() 的连续调用是连续的。永远不要在你的代码中假设这一点。

如果“我认为操作系统会连续分配内存。”，那么为什么要使用 ptr[r-1] 而不仅仅是直接 ptr +（偏移量 0x10 字节）作为 ptr[r-1] ?

另外，每次你 malloc() 内存或 new[] 数组时，运行时都必须添加一些额外的字节来跟踪分配了多少内存/多少对象，所以当你稍后free() 或 delete[] 它知道要清理多少内存。

我建议您阅读有关 unix 系统上的动态内存分配的信息。以article 为例。引用文章：当你 malloc 一个块时，它实际上分配的内存比你要求的多一点。这个额外的内存用于存储信息，例如分配块的大小，以及到块链中下一个空闲/使用块的链接，有时还有一些“保护数据”

不能保证第一个块将被分配到比第二个块更低的地址——分配模式很可能取决于分配的大小（较大的块与较小的块分开分配块）。您可以放心地假设一个new 分配的空间不会与任何其他当前分配的块重叠。

【参考方案1】：

因为：

每个分配的内存块的开头和结尾的一些空间通常用于簿记。 （特别是，许多分配器发现在周围存储前后块的大小或指向它们的指针很有用。）

内存分配器可能会“向上取整”已分配块的大小，以使事情变得更容易。例如，分配的 7 个字节可能会四舍五入到 8 个字节，即使不是 16 或 32 个字节。

内存块可能已经在不连续的位置可用。 （请记住，在 main() 运行之前，C 运行时可能已经自行分配了一些内存。）

分配器可能有一个布局内存的计划，如果将下一个块放在“下一个”地址，这将被破坏。 （例如，它可能已经为特定大小的分配保留了该内存。）

为什么要这样做？没有任何保证。分配的内存可能会在任何地方结束。 （嗯，差不多。）不要做任何假设，只要让内存去分配器说它去的地方，你会没事的。

【讨论】：

另外，一些分配器根据大小分离内存块。这样做有多种原因，通常是为了尽量减少碎片。

谢谢。为此添加了一些东西。