c - free() 如何影响堆上的内存地址？

Question

这个赋值要求我们使用malloc()分配两个int类型的变量(命名为var1和var2)，打印地址每个变量(指针在栈上的地址和堆上的地址)，然后使用free()释放var1，再次打印地址，然后分配另一个var1 的堆空间并第三次打印地址。我相信讲师试图向我们展示 var1 的堆地址应该改变，但它始终保持不变......除非我删除 free(var1) 来自代码。讲师做了一个类似的演示，但没有使用 free() 来释放任何变量，所以我们从来没有看到它应该如何工作。

这是我的代码:

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

void main()
{

int *var1 = (int*)malloc(sizeof(int)); 
*var1 = 1000;                   
int *var2 = (int*)malloc(sizeof(int)); 
*var2 = 2000;

printf("Addresses of var1\n");
printf("Pointer on stack: %p / Heap: %p\n\n", &var1, var1); 
printf("Addresses of var2\n");
printf("Pointer on stack: %p / Heap: %p\n\n", &var2, var2);

free(var1);

printf("AFTER DEALLOCATING var1 FROM THE HEAP\n");
printf("Addresses of var1\n");
printf("Pointer on stack: %p / Heap: %p\n\n", &var1, var1); 
printf("Addresses of var2\n");
printf("Pointer on stack: %p / Heap: %p\n\n", &var2, var2);

var1 = (int*) malloc(sizeof(int));
*var1 = 1500;

printf("NEW MEMORY ADDRESS ALLOCATED FOR var1\n");
printf("Addresses of var1\n");
printf("Pointer on stack: %p / Heap: %p\n\n", &var1, var1); 
printf("Addresses of var2\n");
printf("Pointer on stack: %p / Heap: %p\n\n", &var2, var2); 

}

此代码产生此输出:

Addresses of var1
Pointer on stack: 0xffffcbf8 / Heap: 0x600000390

Addresses of var2
Pointer on stack: 0xffffcbf0 / Heap: 0x6000003b0

AFTER DEALLOCATING var1 FROM THE HEAP
Addresses of var1
Pointer on stack: 0xffffcbf8 / Heap: 0x600000390

Addresses of var2
Pointer on stack: 0xffffcbf0 / Heap: 0x6000003b0

NEW MEMORY ADDRESS ALLOCATED FOR var1
Addresses of var1
Pointer on stack: 0xffffcbf8 / Heap: 0x600000390

Addresses of var2
Pointer on stack: 0xffffcbf0 / Heap: 0x6000003b0

如您所见，当我释放 var1 时，堆地址没有改变，当我再次为 var1 分配内存空间时，它也没有改变。但是，如果我简单地从程序中删除 free(var1) 行，它只是为 var1 分配第二个内存空间并指向堆上的那个，它确实有不同的内存地址:

Addresses of var1 
Pointer on stack: 0xffffcbf8 / Heap: 0x600000390

Addresses of var2
Pointer on stack: 0xffffcbf0 / Heap: 0x6000003b0

AFTER DEALLOCATING var1 FROM THE HEAP
Addresses of var1
Pointer on stack: 0xffffcbf8 / Heap: 0x600000390

Addresses of var2
Pointer on stack: 0xffffcbf0 / Heap: 0x6000003b0

NEW MEMORY ADDRESS ALLOCATED FOR var1
Addresses of var1
Pointer on stack: 0xffffcbf8 / Heap: 0x600000420

Addresses of var2
Pointer on stack: 0xffffcbf0 / Heap: 0x6000003b0

(明确一点，我所做的只是从之前的代码中删除了 free(var1)，所以“AFTER DEALLOCATING var1”部分现在显示的堆地址与之前的设置完全相同，但它确实改变了第三部分中 var1 的堆地址。)

谁能告诉我这里发生了什么？我能想到的唯一合乎逻辑的解释是，当我使用 free() 解除分配 var1 然后打印地址时，它只是打印它的最后一个地址指向，然后当我第二次为 var1 分配内存时，它只是用 var1 的新值“回填”以前的地址。这有意义吗？我的代码中是否有错误，或者这就是 C 在为变量释放内存然后重新分配时的行为方式？

Answer 1

当内存被释放然后重新分配时，malloc 可能返回相同的地址是完全正常的。返回不同的地址也是正常的。

如果您更改 malloc 调用以请求与原始分配不同的大小，您可能会得到不同的地址，因为 malloc 准备的旧 block 可能不够新的要求。但它们可能就足够了，所以地址可能不会改变。

顺便说一句:

• void main() 不正确。它应该是 int main(void)。
• C 标准不支持在地址指向的空间被释放后打印地址。它“起作用”并不少见，但这是不合适的。 C 2018 6.2.4 2 告诉我们“当指针指向(或刚刚过去)的对象达到其生命周期结束时，指针的值变得不确定。”当用 malloc 分配的对象被用 free 释放时，它的生命周期结束。