c++ - 为什么免费调用两次时会崩溃？

Question

在 C 和 C++ 中，free(my_pointer) 在被调用两次时会崩溃。

为什么？每个 malloc 连同大小都有簿记。当第一个 free 被调用时，它会识别出这是分配了什么大小，这就是为什么我们不需要在 free 调用中传递大小。

既然它什么都知道，为什么不检查第二次，什么也不做呢？

要么我不理解 malloc/free 行为，要么 free 没有安全实现。

Answer 1

你不能在未分配的内存上调用 free，标准非常清楚地指出(稍微解释一下，我的重点):

The free function causes the space pointed to by its argument to be deallocated, that is, made available for further allocation. If the argument is a null pointer, no action occurs. Otherwise, if the argument does not match a pointer earlier returned by a memory management function, or if the space has been deallocated by a call to free or realloc, the behavior is undefined.

例如，如果您要双重释放的地址在一个新 block 的中间被重新分配，而分配它的代码恰好在那里存储了一些看起来像真正的 malloc block 头的东西，会发生什么？喜欢:

 +- New pointer    +- Old pointer
 v                 v
+------------------------------------+
|                  <Dodgy bit>       |
+------------------------------------+

困惑，就是这样。

内存分配功能就像电锯一样是一种工具，只要您正确使用它们，您应该没有问题。然而，如果你滥用它们，后果是你自己的错，要么破坏内存或更糟，要么切断你的一只 ARM :-)

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关于评论:

... it can communicate gracefully to enduser about the doubling free the same location.

没有记录所有 malloc 和 free 调用以确保您不会重复释放 block ，我认为这是可行的。这将需要巨大的开销，并且仍然无法解决所有问题。

如果发生以下情况会发生什么:

• 线程 A 在地址 42 处分配和释放内存。
• 线程 B 分配内存地址 42 并开始使用它。
• 线程 A 再次释放了该内存。
• 线程 C 分配内存地址 42 并开始使用它。

然后你有线程 B 和 C 都认为他们拥有该内存(这些不一定是执行线程，我在这里使用术语线程作为运行的一段代码 - 它都可以在一个执行线程，但顺序调用)。

不，我认为当前的 malloc 和 free 只要您正确使用它们就可以了。无论如何都要考虑一下实现你自己的版本，我认为这没有什么问题，但我怀疑你会遇到一些非常棘手的性能问题。

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如果您确实想要实现自己的 free 包装器，则可以使其更安全(以牺牲一点性能为代价)，特别是使用类似myFreeXxx 调用如下:

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>

void myFreeVoid (void **p) { free (*p); *p = NULL; }
void myFreeInt  (int  **p) { free (*p); *p = NULL; }
void myFreeChar (char **p) { free (*p); *p = NULL; }

int main (void) {
    char *x = malloc (1000);
    printf ("Before: %p\n", x);
    myFreeChar (&x);
    printf ("After:  %p\n", x);
    return 0;
}

代码的结果是，您可以使用指向您的指针的指针调用 myFreeXxx，它会:

• 释放内存；和
• 将指针设置为 NULL。

后一点的意思是，如果您再次尝试释放指针，它将什么也不做(因为释放 NULL 已被标准明确涵盖)。

它不会保护您免受所有情况的影响，例如，如果您在别处复制指针，释放原件，然后释放拷贝:

char *newptr = oldptr;
myFreeChar (&oldptr);     // frees and sets to NULL.
myFreeChar (&newptr);     // double-free because it wasn't set to NULL.

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如果您打算使用 C11，那么由于 C 具有编译时函数重载，因此有一种比必须为每种类型显式调用不同函数更好的方法。您可以使用泛型选择来调用正确的函数，同时仍然允许类型安全:

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>

void myFreeVoid (void **p) { free (*p); *p = NULL; }
void myFreeInt  (int  **p) { free (*p); *p = NULL; }
void myFreeChar (char **p) { free (*p); *p = NULL; }
#define myFree(x) _Generic((x), \
    int** :  myFreeInt,  \
    char**:  myFreeChar, \
    default: myFreeVoid  )(x)

int main (void) {
    char *x = malloc (1000);
    printf ("Before: %p\n", x);
    myFree (&x);
    printf ("After:  %p\n", x);
    return 0;
}

这样，您只需调用 myFree，它就会根据类型选择正确的函数。