C 在指针上调用free两次

我在课堂上被教导，对指针调用两次

free（）

是非常非常糟糕的。我知道，在释放指针之后立即将其设置为

NULL

，这是一种很好的做法

然而，我仍然没有听到任何关于这是为什么的解释。据我所知，按照

malloc（）

的工作方式，它应该在技术上跟踪它分配给您使用的指针。那么，为什么它不知道它通过

free（）

接收的指针是否已被释放

---

我很想了解，当您在以前已被释放的位置上调用

free（）

时，内部会发生什么情况。

当您使用

malloc

时，您是在告诉PC您想在堆上为您保留一些内存位置。计算机返回指向寻址空间的第一个字节的指针

当您使用

free

时，实际上是在告诉计算机您不再需要该空间，因此它会将该空间标记为可用于其他数据

---

指针仍然指向该内存地址。此时，堆中的相同空间可以由另一个

malloc

调用返回。第二次调用

free

时，释放的不是以前的数据，而是新数据，这可能对您的程序不利；）

要回答您的第一个问题

那么，为什么它不知道它通过

free（）

接收的指针是否已被释放

因为，C标准中的

malloc（）

规范并不强制要求这样做。调用

malloc（）

或函数族时，它会返回一个指针，并在内部存储分配给该指针的内存位置的大小。这就是

free（）

不需要大小来清理内存的原因

而且，一旦

free（）

-d，实际分配的内存将仍然依赖于实现。调用

free（）。因此，此时跟踪分配的指针是非常不必要的。保留所有的回溯将是操作系统不必要的负担

然而，出于调试目的，一些库实现可以为您完成这项工作，比如DUMA或dmalloc，最后但并非最不重要的是Valgrind的memcheck工具

现在，从技术上讲，
C
标准没有指定在已经空闲的指针上调用
free（）
时的任何行为。是的

C11
，第§7.22.3.3章，
free（）
功能

[…]如果
参数与内存管理系统先前返回的指针不匹配
函数，或者如果已通过调用
free（）
或
realloc（）
释放空间，则
行为是未定义的

当您调用
malloc
时，会得到一个指针。运行库需要跟踪
malloc
ed内存。通常，
malloc
不存储与
malloc
ed内存分离的内存管理结构，而是存储在一个位置。因此x字节的
malloc
实际上需要x+n个字节，其中一种可能的布局是前n个字节包含一个链表结构，该链表结构带有指向下一个（可能是上一个）分配内存块的指针

当您
free
一个指针时，函数
free
可以遍历它的内部内存管理结构，并检查您传入的指针是否为
malloc
ed的有效指针。只有这样，它才能访问内存块的隐藏部分。但是做这个检查会非常耗时，特别是如果你分配了很多。所以
free
只是假设您传入了一个有效的指针。这意味着它直接访问内存块的隐藏部分，并假设那里的链表指针有效

如果您两次
释放
一个块，那么您可能会遇到这样的问题：有人执行了一个新的
malloc
，获得了刚才释放的内存，并覆盖了它，第二个
释放
从中读取无效指针

将
free
d指针设置为
NULL
是一种很好的做法，因为它有助于调试。如果访问
free
d内存，您的程序可能会崩溃，但它也可能只是读取可疑值，稍后可能会崩溃。找到根本原因可能很难。如果将
free
d指针设置为
NULL
，当您试图访问内存时，程序将立即崩溃。这在调试过程中有很大帮助。
C标准只规定对
malloc
及其家族函数返回的指针调用两次
free
，会调用未定义的行为。没有进一步解释为什么会这样。

但是，为什么它是坏的解释是：

两次释放同一块

要了解这种错误可能导致什么，我们应该记住内存管理器通常是如何工作的。通常，它会在内存中块本身之前存储所分配块的大小。如果我们释放了内存，这个内存块可能会被另一个
malloc（）
请求再次分配，因此这个双重释放实际上会释放错误的内存块-导致我们在应用程序的其他地方有一个悬空指针。这样的bug往往比它们出现在代码中的地方晚得多。有时我们根本看不到它们，但它们仍然潜伏在我们周围，等待着一个机会来展示它们丑陋的脑袋

另一个可能出现的问题是，在释放的块与相邻的空闲块合并形成一个更大的空闲块，然后重新分配较大的块之后，将执行此双重空闲。在里面