calloc 实现_自实现malloc_malloc实现细节(2)

2，malloc和new

new返回指定类型的指针，并且可以自动计算所需要的大小。

int *p;

p = new int; //返回类型为int *类型，分配的大小为sizeof(int)

p = new int[100]; //返回类型为int *类型，分配的大小为sizeof(int) * 100

而malloc则必须由我们计算字节数，并且在返回的时候强转成实际指定类型的指针。calloc 实现

int *p;

p = (int *)malloc(sizeof(int));

1,malloc的返回是void *,如果我们写成了: p = malloc(sizeof(int));间接的说明了（将void *转化给了int *,这不合理）

2，malloc的实参是sizeof(int),用于指明一个整形数据需要的大小，如果我们写成：

p = （int *）malloc(1), 那么可以看出：只是申请了一个字节的空间，如果向里面存放了一个整数的话，

将会占用额外的3个字节，可能会改变原有内存空间中的数据

3，malloc只管分配内存，并不能对其进行初始化，所以得到的一片新内存中，其将是随机的。一般意义上：我

们习惯性的将其初始化为NULL。 当然,也可以用memset函数的。

简单的说：

下面我们聊聊malloc的具体实现机制：

Linux内存管理

为了简单，现代操作系统在处理内存地址时，普遍采用虚拟内存地址技术。即在汇编程序（或机器语言）层面，当涉及内存地址时，都是使用虚拟内存地址。采用这种技术时，每个进程仿佛自己独享一片2N字节的内存，其中N是机器位数。例如在64位CPU和64位操作系统下，每个进程的虚拟地址空间为264Byte。

这种虚拟地址空间的作用主要是简化程序的编写及方便操作系统对进程间内存的隔离管理，真实中的进程不太可能（也用不到）如此大的内存空间，实际能用到的内存取决于物理内存大小。

由于在机器语言层面都是采用虚拟地址，当实际的机器码程序涉及到内存操作时，需要根据当前进程运行的实际上下文将虚拟地址转换为物理内存地址，才能实现对真实内存数据的操作。这个转换一般由一个叫MMU（Memory Management Unit）的硬件完成。

在现代操作系统中，不论是虚拟内存还是物理内存，都不是以字节为单位进行管理的，而是以页（Page）为单位。一个内存页是一段固定大小的连续内存地址的总称，具体到Linux中，典型的内存页大小为4096Byte（4K）。

所以内存地址可以分为页号和页内偏移量。下面以64位机器，4G物理内存，4K页大小为例，虚拟内存地址和物理内存地址的组成如下：

上面是虚拟内存地址，下面是物理内存地址。由于页大小都是4K，所以页内便宜都是用低12位表示，而剩下的高地址表示页号。

MMU映射单位并不是字节，而是页，这个映射通过查一个常驻内存的数据结构页表来实现。现在计算机具体的内存地址映射比较复杂，为了加快速度会引入一系列缓存和优化，例如TLB等机制。下面给出一个经过简化的内存地址翻译，虽然经过了简化，但是基本原理与现代计算机真实的情况的一致的。

我们知道一般将内存看做磁盘的的缓存，有时MMU在工作时，会发现页表表明某个内存页不在物理内存中，此时会触发一个缺页异常（Page Fault），此时系统会到磁盘中相应的地方将磁盘页载入到内存中，然后重新执行由于缺页而失败的机器指令。关于这部分，因为可以看做对malloc实现是透明的，所以不再详细讲述，有兴趣的可以参考《深入理解计算机系统》相关章节。

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