C语言和C++中，为什么malloc函数需要传入申请的内存大小，而free时候却不需要传大小呢？

好的，我来详细解释一下 C 和 C++ 中 `malloc` 和 `free` 函数的设计理念，以及为什么一个需要大小，一个不需要。

想象一下，你需要在一个储物空间里存放物品。

`malloc`：告诉空间管理员你要多大的箱子

当你调用 `malloc(size_t size)` 时，你就是在对内存的“管理员”说：“喂，我需要一个能装下 `size` 个字节的箱子。”

为什么需要大小？
分配内存的本质： 内存就像一个巨大的仓库，里面有很多很多小格子。`malloc` 的任务就是在这个仓库里找到一块连续的、足够大的区域，然后“租”给你。为了找到这块地方，管理员必须知道你到底需要多大的地方。如果不知道你需要多大，他怎么知道该给你腾出多大的空间呢？
避免冲突： 如果 `malloc` 不知道需要多大的空间，它就无法确保分配给你的内存区域不会和其他正在使用或即将使用的内存区域重叠。这就像你去租仓库，你不告诉管理员你需要多大的储物间，他随便给你一个，可能还没你东西多，或者比你东西大好多，反而浪费了。
定位内存块的开始： `malloc` 函数在返回一个指向内存块的指针之前，它会在内存块的起始位置（或者紧邻起始位置的前面）记录一些额外的信息。这些信息非常重要，包括：
这个内存块的大小： 这就是你传入 `malloc` 的那个 `size`。
其他管理信息： 比如这个内存块是否是空闲的，它是否是链表中的下一个节点等等。这些信息是内存管理系统（由 `malloc` 和 `free` 内部维护）用来跟踪所有已分配和空闲内存块的。

`free`：告诉空间管理员，这个箱子你收回了

当你调用 `free(void ptr)` 时，你就是对内存管理员说：“嘿，这个箱子（由 `ptr` 指向）我不用了，你可以收回去了。”

为什么不需要大小？
信息已经记录在内存块内部： 这就是关键所在！前面我们提到，`malloc` 在分配内存时，会在内存块的起始位置“偷偷”记录下这个内存块的大小以及其他管理信息。当 `free` 接收到 `ptr` 这个指针时，它会通过这个指针去找到内存块的起始位置，然后从那里读取之前记录的内存块大小。
自动释放： `free` 函数根据这个读取到的信息，就知道整个内存块有多大，然后就能将这块内存标记为“空闲”，并将其归还给内存管理系统。内存管理系统可以利用这块空闲空间来响应后续的 `malloc` 请求。
简化用户操作： 如果 `free` 也需要你传入大小，那么用户就必须自己记住每次 `malloc` 分配的大小，这不仅增加了出错的可能性（记错大小，导致 `free` 释放了错误的内存区域，这是非常危险的！），也使得代码变得冗长且不便。

一个更生动的比喻：

想象你去一家大型图书馆借书。

`malloc` 就像你跟图书管理员说：“我要一本关于‘宇宙奥秘’的书。” 图书管理员需要知道书名（相当于大小，虽然这里是内容，但也可以理解为“容量”）才能去书架上找到这本书。他找到书后，会给你一个“借书卡”（就是 `malloc` 返回的指针），这张卡片上可能写着书的位置、你的借阅信息等。
`free` 就像你把书还给图书管理员，只需要把书和你的借书卡一起交给他就行了。 图书管理员拿到书和借书卡，就知道这是哪本书，以及你的借阅记录。他不需要你额外告诉他“这本书是 XXX 页的”。他从借书卡或者书本身（比如里面的登记信息）就能知道这本书的详细信息，然后将其放回书架的正确位置。

总结一下：

1. `malloc` 需要大小： 是为了确定需要分配多少内存空间，并在分配的空间起始处记录下这个大小和相关管理信息。
2. `free` 不需要大小： 是因为 `free` 可以通过传入的指针，找到内存块的起始位置，并从中读取到之前 `malloc` 记录的大小信息，从而知道要释放多大的内存。

这种设计使得内存管理的接口非常简洁，用户只需要关心“我需要多少内存”和“我不再需要这块内存了”，而具体的管理细节则由 `malloc` 和 `free` 库函数内部完成。这种“信息隐藏”和“职责分离”是良好的软件设计原则的体现。

网友意见

C语言标准就是这么规定的：free无需手动指示大小。不是怕你不小心填错，而是事实上你很难填对。

这是因为，虽然你告诉了malloc你要多少空间，但malloc真正分配了多少只有它自己知道。例如，你向malloc要了999字节，但某人写的malloc分配的最小粒度是1024字节，那么你会得到一个1024字节的空间（虽然你一直以为它是999字节而不敢越雷池一步，这倒也没什么）。

所以，要是你填一个错误值，还得让它费心修正，还不如就让它自己管理。

最常见的解决方案是，在malloc时，所分配的不仅是你请求的那点空间，还加了一个信息块来记录额外信息，这个信息块位于你请求的空间前面。而malloc返回指针的指向的是你请求的空间，如果你想看看那个信息块的话，把malloc返回的指针往前走几步就能看到了。

free所需的信息可以直接在信息块中取。信息块和空间都会被释放。

具体信息块有多大？它记录的是字节的多少？还是块的数量？还记录了啥？这都是依具体实现而定，并不统一。

显然，以C语言的特点，这样位置的信息块并不保险。如果你的指针越界写入，破坏了其中的信息，这样错误会在free时候爆发。

还有，上面“在空间之前加信息块”的解决方案虽然是最常见的方案，但并不是所有C标准库都会采用这个方案。只要能实现“free无需手动指示大小”这个要求，所有其他方案都可以。比如把信息块放在空间后面，或者远离空间另一个位置。

类似的话题

• 

  C语言和C++中，为什么malloc函数需要传入申请的内存大小，而free时候却不需要传大小呢？

  

  好的，我来详细解释一下 C 和 C++ 中 `malloc` 和 `free` 函数的设计理念，以及为什么一个需要大小，一个不需要。想象一下，你需要在一个储物空间里存放物品。`malloc`：告诉空间管理员你要多大的箱子当你调用 `malloc(size_t size)` 时，你就是在对内存的“管理.............
• 

  C语言中， for 和 while 在汇编上有什么区别？

  

  在 C 语言中，`for` 和 `while` 循环都是用于重复执行一段代码的结构。从 C 语言的语义角度来看，它们的功能可以相互转换，也就是说，任何一个 `for` 循环都可以用 `while` 循环来实现，反之亦然。然而，当我们将这些 C 代码翻译成底层汇编语言时，它们的实现方式以及由此带来的细.............
• 

  c/c++语言中，如果不把声明和实现分开，而是直接一起写到头文件中，会有什么不好的影响?

  

  在 C/C++ 项目中，将函数的声明和实现（也就是函数体）直接写在同一个头文件里，看似方便快捷，实际上隐藏着不少潜在的麻烦。这种做法就像是把家里的厨房和卧室直接打通，虽然一开始可能觉得省事，但长远来看，带来的问题会远超于那一点点便利。首先，最直接也是最普遍的问题是 重复定义错误 (Multiple .............
• 

  C语言中for语句的赋初值用int i=1和i=1有什么区别？

  

  好的，我们来深入聊聊 C 语言 `for` 循环中赋初值这部分，特别是 `int i = 1;` 和 `i = 1;` 这两种写法之间的区别。我们会尽可能详尽地解释，并且避免那些“AI味儿”十足的刻板表达，力求让这段解释更贴近实际编程中的感受。 `for` 语句的结构与初值赋在其中的位置首先，我们回.............
• 

  C语言中while（a=10）；和while（a==10）；有什么区别？

  

  在 C 语言中，`while(a = 10);` 和 `while(a == 10);` 这两个语句在功能上有着天壤之别，理解它们之间的区别，关键在于理解 C 语言中的 赋值 和 比较 操作符。这就像区分“把 A 设置为 10”和“A 是否等于 10”一样，虽然都涉及数字 10，但它们的含义和目的完.............
• 

  C语言中，为什么(int) ((100.1 - 100) * 10) = 0？

  

  关于你提到的 `(int) ((100.1 100) 10)` 在 C 语言中结果为 0 的问题，这确实是一个很有意思的陷阱，它涉及到浮点数运算的精度以及类型转换的细节。我们来一步一步地把它掰开了揉碎了讲明白。首先，让我们分解一下这个表达式：`100.1 100` 是第一步，然后乘以 `10`.............
• 

  C语言中，为什么指向指针的指针的类型是int **？类型的话直接int*不就行了？

  

  好的，我们来深入探讨一下 C 语言中为什么需要 `int `（指向指针的指针）而不是直接用 `int ` 来表示，以及这里的类型系统是如何工作的。首先，我们得明白什么是“类型”在 C 语言中的作用。在 C 语言中，类型不仅仅是一个标签，它承载着至关重要的信息，指导着编译器如何理解和操作内存中的数据：.............
• 

  C 语言中不同类型指针的大小是否完全相同，为什么？

  

  在 C 语言中，不同类型指针的大小不一定完全相同，但绝大多数情况下是相同的。这是一个非常值得深入探讨的问题，背后涉及到计算机的底层原理和 C 语言的设计哲学。要理解这一点，我们需要先明确几个概念：1. 指针的本质： 无论指针指向的是 `int`、`char`、`float` 还是一个结构体，它本质.............
• 

  C 语言中的 double 类型所能表示的数的范围为什么这么大，不是说只占32（或64）位吗？

  

  .......
• 

  为什么C语言中主函数main后面有个（）？

  

  在C语言中，你提到的 `main` 函数后面的那对圆括号 `()` 并非只是一个简单的装饰，它们承载着至关重要的信息：它们表明 `main` 是一个函数，并且是程序的可执行入口点。要理解这个 `()` 的作用，我们需要先理清C语言中关于“函数”的一些基本概念。 函数是什么？在C语言中，函数就像一个独.............
• 

  为什么C语言中计算机认为0是假的，其他数都是真的？

  

  你这个问题问得很有意思，涉及到C语言中一个基础但又有点“魔性”的特性：布尔值（Boolean Value）的表示方式。在咱们日常生活中，很多事情都是非黑即白的，比如“对”和“错”，“有”和“无”。计算机世界里也需要这种简单的二元判断。但问题来了，计算机本身只懂0和1，这两个数字如何承载“真”和“假”.............
• 

  为什么在汇编语言中需大量使用跳转指令，而在C语言中却尽量避免使用goto语句呢？

  

  这个问题触及了两种编程范式和不同抽象层级的核心差异，也是理解底层计算机运作原理与高级语言设计哲学的一把钥匙。汇编语言：直接控制，微观的精妙在汇编语言层面，你直接与计算机的CPU打交道。CPU执行指令时，有一个叫做“程序计数器”（Program Counter，PC）的寄存器，它存放着下一条要执行的指.............
• 

  C#的Delegate 为什么没在其他主流语言中普及？

  

  .......
• 

  C语言中float的取值范围的问题，为啥？

  

  float 在 C 语言中，是用来表示单精度浮点数的。提到它的取值范围，就不得不深入聊聊它背后的原理，这事儿，得从二进制说起。浮点数是怎么存的？咱们电脑里存储数字，本质上都是一堆 0 和 1。整数好说，直接按位权相加就行。但小数呢？比如 0.5，或者更麻烦的 0.1，怎么用二进制表示？这里就需要一个.............
• 

  C语言中整型输出（%d）有什么用？

  

  在 C 语言中，`%d` 是一个非常基础但又至关重要的格式控制符，它的主要作用是告诉 `printf`（或者其他格式化输出函数，比如 `sprintf`）：“嘿，我这里要输出一个整数，而且是十进制的有符号整数。”别小看这个简单的 `%d`，它背后藏着不少细节，让你的程序能够准确无误地将内存中的数字信.............
• 

  C 语言中，x += 5 == 4 是什么意思？

  

  在 C 语言中，`x += 5 == 4` 这个表达式可能看起来有些奇特，但它是一个合法的、并且在某些情况下会令人困惑的 C 语言语句。要理解它的含义，我们需要分解它，并深入了解 C 语言中运算符的优先级和求值顺序。首先，让我们分解这个表达式：这个表达式由两个主要部分组成：1. `x += 5`：.............
• 

  C语言中逗号表达式存在的意义是什么？

  

  .......
• 

  请问如何区分c语言中float和double的用法？

  

  在C语言的世界里，浮点数是我们处理小数和科学计数法数据时的得力助手。而其中最常遇到的两种类型，便是 `float` 和 `double`。它们虽然都用于表示实数，但却有着关键的区别，而这些区别直接影响着我们程序的精度、内存占用以及性能。理解它们的用法，就像是学会了区分两种不同容量的水杯，知道什么时候.............
• 

  C 语言中指针数组和数组指针、函数指针、指向函数的指针等等该怎么理解？

  

  在 C 语言的世界里，指针是必不可少的工具，它们就像是内存地址的“指示牌”，让我们能够更灵活地操作数据。而当我们将指针与数组、函数结合起来时，就诞生了一系列强大而又容易让人困惑的概念：指针数组、数组指针、函数指针，以及指向函数的指针。别担心，今天我们就来把它们掰开了揉碎了，让你彻底搞懂它们到底是怎么.............
• 

  c语言中的sizeof()是如何分辨数组名和指针的？

  

  在 C 语言中，`sizeof()` 操作符的魔法之处在于它能够根据其操作数的类型和大小来返回一个数值。而对于数组名和指针，它们虽然在某些上下文中表现得相似（例如，在函数参数传递时），但在 `sizeof()` 的眼中，它们的身份是截然不同的。这其中的关键在于数组名在绝大多数情况下会发生“衰减”（d.............