malloc 与分配器 Allocator 的职责

字节接口不承担构造职责

malloc 按字节数申请存储，成功返回 void*，失败返回空指针。它不会调用构造函数，也不会替字符串建立有效内部状态。现代标准对某些隐式生存期类型有对象创建规则，但这不是允许跳过任意类构造的理由。显式 placement new 能清楚表达在既有存储中创建对象。

malloc 提供的对齐足以满足基本对齐要求，不能泛化成满足所有扩展对齐类型。超对齐类型应使用支持其对齐的接口。零字节请求的结果具有实现相关性，不能据非空返回值推断可以访问一个字节；最简单的业务策略是单独处理空请求。

分配器实现和系统调用不是同一层

通用分配器通常把系统取得的大块存储拆分、复用，并维护尺寸类别或空闲块。一次 malloc 不一定发起系统调用，一次 free 也不一定立即让进程驻留内存降低。缓存、碎片和操作系统提交策略都可能影响监控数字。

这些是理解性能的常见模型，不是“所有 malloc 都使用某个固定算法”的断言。内部碎片来自块大小取整等开销，外部碎片来自空闲区域难以组合。C++ allocator 则是容器可替换的分配协议，使存储来源与元素构造管理分离，默认分配器并不承诺直接调用 malloc。

把 C 资源立即放进拥有者

示例用自定义删除器把 malloc 的存储交给 unique_ptr<void, Free> 管理，在检查失败后构造一个不抛异常的 Record。先显式析构 Record，再由拥有者 free 存储；对象与存储的清理顺序因此可见，而且不会误用 delete。

需要分配 n 个元素时，先检查 n 与 sizeof(T) 相乘是否溢出，否则可能申请过小的块。调用 realloc 也要通过临时变量接收结果，失败时原块仍需保留。对普通 C++ 容器或非平凡对象，优先用 vector，别用 realloc 搬运对象表示来模拟移动。

最低标准 C++11 · 完整程序 · 下载 .cpp

#include <cassert>
#include <cstdlib>
#include <memory>
#include <new>

struct Free {
    void operator()(void* p) const noexcept { std::free(p); }
};
struct Record {
    int value;
    explicit Record(int n) noexcept : value(n) {}
    ~Record() noexcept {}
};

int main() {
    std::unique_ptr<void, Free> storage(std::malloc(sizeof(Record)));
    if (!storage) throw std::bad_alloc();
    Record* record = ::new (storage.get()) Record(42);
    assert(record->value == 42);
    record->~Record();
}

在本地编译

g++ -std=c++11 -Wall -Wextra -Wpedantic -pthread memory-malloc.cpp -o example && ./example

预期结果

预期：正常退出、无输出；所有 assert 通过。

CHECK YOUR UNDERSTANDING

合上答案，试着解释。

为 n 个 T 计算 malloc 请求字节数，怎样避免无符号乘法回绕？

继续查证

• cppreference：malloc
• C++ 工作草案 [allocator.members]
• Linux man-pages：malloc(3)，实现注意事项

标准草案链接会随工作草案更新；本文版本标记对应示例最低要求，不表示草案中的所有新规则都适用于旧标准。