【探讨】C++ delete[] 是如何知道数组大小的

该问题值得探讨！

Lippman在对象模型里提到过一些(P257-P263)，拍几张主要内容的图片

下面是自己的测试以及知乎的一些讨论和解答：

先贴自己的测试代码、反汇编以及内存转储图(测试环境：CodeBlocks、编译器GCC、系统64位)

【分别测试了数组大小为3和5的情况】

从内存转储可以看到，GCC其实并不是像网友说的那样，通过指针偏移、额外开辟8字节空间来存储长度。

具体是怎么做到的，目前我也不知道。有待探讨。

【下面贴出几个在知乎上看到的我觉得值得一看的回答】

“嗯,是这样的,内存管理库里总会有一个方法来记录你分配的内存是多大,你写的"在 p 地址之前有一个 n 记录这个数组的大小"是一种实现方法,管理库当然也可以自己维护一个列表,记录所有空间分配的位置和大小以及类型,delete的时候查一下这个列表就行了,也就是所谓"不是所有的编译器都是非这么实现不可",目前来说,常见的C++编译器也就是GCC/VCC/ICC/BCC等,具体实现可以查各编译器的文档说明,当然商业编译器不一定肯说.

作者：iux001
链接：https://www.zhihu.com/question/25556263/answer/31114361
来源：知乎
著作权归作者所有。商业转载请联系作者获得授权，非商业转载请注明出处。

”

作者：夏华林
链接：https://www.zhihu.com/question/25556263/answer/32589012
来源：知乎
著作权归作者所有。商业转载请联系作者获得授权，非商业转载请注明出处。

那就由我来给个详细的补充吧。
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申请内存时，指针所指向区块的大小这一信息，其实就记录在该指针的周围
看下面这段代码：

#include<cstdio>
#include<iostream>
#include<malloc.h>
#include<assert.h>
#include<ctime>
using namespace std;

#define size 16

int main(void)
{
	void * p = NULL;
	srand(time(0));
	int a = 10;
	while (a--)
	{
		int n = rand() % 10000;
		p = malloc(n);
		size_t w = *((size_t*)((char*)p - size));
		cout << "w=" << w << endl;
		cout << "n=" << n << endl;
		assert(w == n);
		free(p);
	}
	return 0;
}

（注：如果是X86的CPU，请将 size 改为 8）
你会发现 w 和 n 始终是一致的，，这样其实不是巧合，来看 M$ 编译器 \ vc \include\ 目录下 malloc.h这一头文件中 184 到 209 行的代码：

//这儿是根据不同的硬件平台的宏定义
#if defined (_M_IX86)
#define _ALLOCA_S_MARKER_SIZE   8
#elif defined (_M_X64)
#define _ALLOCA_S_MARKER_SIZE   16
#elif defined (_M_ARM)
#define _ALLOCA_S_MARKER_SIZE   8
#elif !defined (RC_INVOKED)
#error Unsupported target platform.
#endif  /* !defined (RC_INVOKED) */

_STATIC_ASSERT(sizeof(unsigned int) <= _ALLOCA_S_MARKER_SIZE);

#if !defined (__midl) && !defined (RC_INVOKED)
#pragma warning(push)
#pragma warning(disable:6540)
__inline void *_MarkAllocaS(_Out_opt_ __crt_typefix(unsigned int*) void *_Ptr, unsigned int _Marker)
{
    if (_Ptr)
    {
        *((unsigned int*)_Ptr) = _Marker;
 //
        _Ptr = (char*)_Ptr + _ALLOCA_S_MARKER_SIZE;
 //最后返回给调用者的指针，是原始指针偏移了_ALLOCA_S_MARKER_SIZE的新指针，这也是刚才我将指针向后偏移，就能得到该指针所指向内存区块的大小的原因。
    }
    return _Ptr;
}

再来看看在 M$ 编译器中它是如何释放的，同样在 mallloc.h 文件249行到274行：

/* _freea must be in the header so that its allocator matches _malloca */
#if !defined (__midl) && !defined (RC_INVOKED)
#if !(defined (_DEBUG) && defined (_CRTDBG_MAP_ALLOC))
#undef _freea
__pragma(warning(push))
__pragma(warning(disable: 6014))
_CRTNOALIAS __inline void __CRTDECL _freea(_Pre_maybenull_ _Post_invalid_ void * _Memory)
{
    unsigned int _Marker;
    if (_Memory)
    {
        _Memory = (char*)_Memory - _ALLOCA_S_MARKER_SIZE;
//获得原始指针
        _Marker = *(unsigned int *)_Memory;//得到指针所指区块的大小
        if (_Marker == _ALLOCA_S_HEAP_MARKER)
        {
            free(_Memory);
        }
#if defined (_ASSERTE)
        else if (_Marker != _ALLOCA_S_STACK_MARKER)
        {
            #pragma warning(suppress: 4548) /* expression before comma has no effect */
            _ASSERTE(("Corrupted pointer passed to _freea", 0));
        }
#endif  /* defined (_ASSERTE) */
    }
}

再来看看 SGI　STL标准库源码 stl_alloc.h 文件209 行到 246行 debug_alloc类模板的设计：

// Allocator adaptor to check size arguments for debugging.
// Reports errors using assert.  Checking can be disabled with
// NDEBUG, but it's far better to just use the underlying allocator
// instead when no checking is desired.
// There is some evidence that this can confuse Purify.
template <class _Alloc>
class debug_alloc {

private:

  enum {_S_extra = 8};  // Size of space used to store size.  Note
                        // that this must be large enough to preserve
                        // alignment.

                        //这儿就像它所说的那样
public:

  static void* allocate(size_t __n)
  {
    //
这里实际申请的内存大小要多 8 个字节
    char* __result = (char*)_Alloc::allocate(__n + (int) _S_extra);
    *(size_t*)__result = __n;//前 4 个字节用于存储区块大小，可以看到，它预留了4个字节的空白区，具体原由 还望大牛能指出，==。
    return __result + (int) _S_extra;//最后返回相对于原始指针偏移8个字节的新指针
  }

  static void deallocate(void* __p, size_t __n)
  {
    char* __real_p = (char*)__p - (int) _S_extra;//获得原始指针
    assert(*(size_t*)__real_p == __n);//这里增加了一个断言，防止析构了被破坏的指针
    _Alloc::deallocate(__real_p, __n + (int) _S_extra);
  }

  static void* reallocate(void* __p, size_t __old_sz, size_t __new_sz)
  {
    char* __real_p = (char*)__p - (int) _S_extra;
    assert(*(size_t*)__real_p == __old_sz);
    char* __result = (char*)
      _Alloc::reallocate(__real_p, __old_sz + (int) _S_extra,
                                   __new_sz + (int) _S_extra);
    *(size_t*)__result = __new_sz;
    return __result + (int) _S_extra;
  }

};

再来看看 gcc 下，其实也有类似的设计：

#if(defined(_X86_) && !defined(__x86_64))
#define _ALLOCA_S_MARKER_SIZE 8
#elif defined(__ia64__) || defined(__x86_64)
#define _ALLOCA_S_MARKER_SIZE 16
#endif

#if !defined(RC_INVOKED)
  static __inline void *_MarkAllocaS(void *_Ptr,unsigned int _Marker) {
    if(_Ptr) {
      *((unsigned int*)_Ptr) = _Marker;
      _Ptr = (char*)_Ptr + _ALLOCA_S_MARKER_SIZE;
    }
    return _Ptr;
  }
#endif

#ifndef RC_INVOKED
#undef _freea
  static __inline void __cdecl _freea(void *_Memory) {
    unsigned int _Marker;
    if(_Memory) {
      _Memory = (char*)_Memory - _ALLOCA_S_MARKER_SIZE;
      _Marker = *(unsigned int *)_Memory;
      if(_Marker==_ALLOCA_S_HEAP_MARKER) {
	free(_Memory);
      }
#ifdef _ASSERTE
      else if(_Marker!=_ALLOCA_S_STACK_MARKER) {
	_ASSERTE(("Corrupted pointer passed to _freea",0));
      }
#endif
    }
  }
#endif /* RC_INVOKED */

“看看内存分配器是怎么实现的。

一般有两种方式：
1 非入侵式，内存分配器自行先申请内存（和栈配合使用），用作记录用户层的申请记录（地址，大小）。用户释放空间时会查找该表，除了知道释放空间大小外还能判断该指针是合法。

2 入侵式，例如用户要申请1byte的内存，而内存分配器会分配5byte的空间（32位），前面4byte用于申请的大小。释放内存时会先向前偏移4个byte找到申请大小，再进行释放。

两种方法各有优缺点，第一种安全，但慢。第二种快但对程序员的指针控制能力要求更高，稍有不慎越界了会对空间信息做成破坏。

绝大多数的分配器会采用第一种方式实现，而操作系统级的分配器采用了虚拟等方式，可能要记录更多信息。

还要注意的是系统级的内存分配器是需要解决多线程申请的问题。

有些分配器也会在debug版中于申请的内存块尾端做特定的标记，如0xcccccccc，来检测内存操作中有无越界。

作者：匿名用户
链接：https://www.zhihu.com/question/25556263/answer/31116363
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