56.malloc与free的实现原理？

1.在标准C库中，提供了malloc/free函数分配释放内存，这两个函数底层是由brk、mmap、，munmap这些系统调用实现的;

2.brk是将数据段(.data)的最高地址指针_edata往高地址推，mmap是在进程的虚拟地址空间中（堆和栈中间，称为文件映射区域的地方）找一块空闲的虚拟内存。这两种方式分配的都是虚拟内存，没有分配物理内存。在第一次访问已分配的虚拟地址空间的时候，发生缺页中断，操作系统负责分配物理内存，然后建立虚拟内存和物理内存之间的映射关系；

3.malloc小于128k的内存，使用brk分配内存，将_edata往高地址推；malloc大于128k的内存，使用mmap分配内存，在堆和栈之间找一块空闲内存分配；brk分配的内存需要等到高地址内存释放以后才能释放，而mmap分配的内存可以单独释放。当最高地址空间的空闲内存超过128K（可由M_TRIM_THRESHOLD选项调节）时，执行内存紧缩操作（trim）。在上一个步骤free的时候，发现最高地址空闲内存超过128K，于是内存紧缩。

4.malloc是从堆里面申请内存，也就是说函数返回的指针是指向堆里面的一块内存。操作系统中有一个记录空闲内存地址的链表。当操作系统收到程序的申请时，就会遍历该链表，然后就寻找第一个空间大于所申请空间的堆结点，然后就将该结点从空闲结点链表中删除，并将该结点的空间分配给程序。

malloc与free是C/C++中常用的内存分配和释放函数，他们的使用详情如下：

1.malloc（malloc函数）

malloc函数的作用是在内存中分配一块指定大小的连续空间，并将其作为结构体或数组的一部分。其实现原理如下：

（1）首先确定要分配的内存大小，即size。

（2）然后在内存中搜索一个足够大的连续空间，并将其作为结构体或数组的一部分使用。如果内存不足，则分配失败，返回NULL。

（3）如果分配成功，则将新的结构体或数组的地址存储在malloc函数的返回值中，并对其进行初始化。

（4）最后，释放已分配的内存，即调用free函数将结构体或数组的地址从内存中删除。

2.free（free函数）

free函数的作用是释放已经分配的内存空间，并将其从内存中删除。其实现原理如下：

（1）首先记录要释放的内存的起始地址和大小。

（2）然后调用malloc函数将同样大小的内存区域分配给该结构体或数组。

（3）最后，将释放前的结构体或数组的地址赋值给free函数的参数，即可完成内存释放。

需要注意的是，malloc和free函数都是C/C++中的标准库函数，在不同的编程环境和内核中，可能会有不同的实现细节和参数。

malloc和free的使用方法非常简单，可以参考以下示例代码：

使用malloc函数分配内存：

int* p = (int*)malloc(10 * sizeof(int));
if (p == NULL)
{
    // 分配失败，处理错误
}

使用free函数释放内存：

int* p = (int*)malloc(10 * sizeof(int));
if (p != NULL) 
{
    free(p); // 释放内存
}

在使用完malloc分配的内存后，需要使用free函数将其释放，否则会导致内存泄漏，即在程序运行结束后，仍然有内存区域未被释放。这会导致系统内存不足，甚至会导致程序崩溃。

参考资料来源：

阿秀