2024年6月2日发(作者：)

malloc实现原理

malloc是一个动态内存分配函数，用于在程序运行时从可用的内

存池中分配内存。与静态内存分配（例如通过定义变量和数组）的方

式相比，动态内存分配具有更大的灵活性，因为它允许程序在运行时

动态地分配和释放内存。在本文中，将介绍malloc的实现原理。

在C语言中，使用malloc函数需要调用stdlib.h头文件。

malloc函数的声明如下：

```

void *malloc(size_t size);

```

malloc函数使用一个参数size，表示需要分配的内存大小。它会

在可用的内存池中寻找一块大小至少为size个字节的空闲内存，并返

回该内存的地址。如果没有足够的空闲内存，malloc函数将返回NULL。

malloc函数的内部实现使用堆（heap）这种数据结构来管理内存。

堆是一种动态内存分配的数据结构，可以通过实现一个双向链表来管

理内存块的分配和释放。每个内存块都包括一个头数据结构和实际分

配的内存块。

堆中的内存块分配和释放的过程分别称为malloc和free。malloc

函数将在堆上寻找一块足够大的空闲内存，并将该内存块与堆中的其

他内存块连接起来。free函数将释放先前分配的内存块，从而使该内

存块可用于以后的分配。

为了管理堆，malloc使用了两个指针，一个指向堆的开始，另一

个指向堆的结束。同时，malloc还使用了另一个指针，它指向最后一

次分配内存时找到的空闲内存块的位置。这个指针被称为未使用的空

闲内存块指针。

当程序调用malloc函数请求一块新的内存时，malloc会从未使用

的空闲内存块指针处开始搜索堆，寻找一块合适的空闲内存。如果找

到，该块内存就会被分配出去，未使用的空闲内存块指针也会指向堆

上的下一块空闲内存块。如果找不到合适的空闲内存块，malloc将请

求操作系统分配更多的内存，并将该内存扩展到堆中。

当程序调用free函数释放一块内存块时，malloc将该内存块标记

为未使用的空闲内存，并将其添加到空闲内存块列表的开头。该列表

使malloc可以快速地找到可用的内存块以重新分配给程序。

堆是一个动态数据结构，因此malloc需要处理内存分配和释放时

可能出现的一些问题。其中一个常见的问题是内存碎片

（fragmentation）。内存碎片指的是由于多次分配和释放内存块而在

堆上留下的不连续和稀疏的内存块。内存碎片会使得malloc需要在越

来越小的内存块之间进行查找，从而导致性能下降。

为了解决这个问题，malloc实现了一些技术，例如较大的内存块

拆分成多个小的内存块、相邻的空闲内存块合并、内存池预分配等。

总的来说，malloc是一个非常有用的动态内存分配函数，它可以

使程序在运行时动态地分配和释放内存。malloc的实现原理基于堆这

种数据结构，它使用了指针来管理内存分配和释放，同时还实现了一

些技术以提高内存的分配和释放效率。