爲什麼兩次調用sbrk(0)會得出不同的值？

在學習函數 sbrk() 的時候，我們知道：

void *sbrk (intptr_t increment);

• 當 increment 爲正時，則按 increment 的大小，開闢內存空間，並返回開闢前，程序中斷點（program break）的地址。
• 當 increment 爲負時，則按 increment 的大小，釋放內存空間，並返回釋放前，程序中斷點的地址。
• 當 increment 爲零時，不會分配或釋放空間，返回當前程序中斷點的地址。

那麼寫一下測試代碼，【示例一】：

#include <unistd.h>
#include <stdio.h>

int main() {
    printf("sbrk(0) = %p\n", sbrk(0)); // 應該返回 x
    printf("sbrk(0) = %p\n", sbrk(0)); // 應該返回 x
    printf("sbrk(5) = %p\n", sbrk(5)); // 應該返回 x
    printf("sbrk(0) = %p\n", sbrk(0)); // 應該返回 x + 5
    return 0;
}

預期得到類似這樣的結果：

sbrk(0) = 0x1985000
sbrk(0) = 0x1985000
sbrk(5) = 0x1985000
sbrk(0) = 0x1985005

但是輸出卻是這樣的：

sbrk(0) = 0x1985000
sbrk(0) = 0x19a6000
sbrk(5) = 0x19a6000
sbrk(0) = 0x19a6005

換一個寫法，將地址存儲在變量中，【示例二】：

#include <unistd.h>
#include <stdio.h>

int main() {
    void *toto1 = sbrk(0);
    void *toto2 = sbrk(0);
    void *toto3 = sbrk(5);
    void *toto4 = sbrk(0);

    printf("sbrk(0) = %p\n", toto1);
    printf("sbrk(0) = %p\n", toto2);
    printf("sbrk(5) = %p\n", toto3);
    printf("sbrk(0) = %p\n", toto4);
}

輸出結果：

sbrk(0) = 0x617000
sbrk(0) = 0x617000
sbrk(5) = 0x617000
sbrk(0) = 0x617005

這纔是我們預想的一樣，那爲什麼會出現這種情況呢？

其實出現這個問題的原因：是 printf 的鍋！

1. 【示例一】的代碼，爲什麼前兩次調用 sbrk(0) 沒有返回相同的值？
   在第一次調用 printf 函數時，內部分配一個緩衝區 stdout，創建緩衝器的時候調用了 malloc，而 malloc 內部又調用了 brk 分配內存。

2. 【示例一】的代碼，爲什麼後面再多次調用 printf 沒有產生變化？
   這是因爲，默認情況下，stdout 是行緩衝，並且緩衝區是在第一次打印時按需創建的，後面不論多少次調用 printf ，緩衝區都已完成創建。

3. 【示例二】的代碼，爲什麼輸出是正確的？
   sbrk在 printf 之前調用，因此，其他函數的 malloc 是在分配空間之後進行，不會對輸出結果造成影響。

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參考資料：Why does calling sbrk(0) twice give a different value?