c - malloc 相对于 calloc 的安全/性能影响？

Question

根据Linux手册页，calloc和malloc的区别在于malloc不会初始化内存，而 calloc 确实初始化内存。

这在实践中意味着如果我创建一个像这样的结构:

struct Danger {
    char a;
    char b;
    char c;
    char d;
}

如果我使用 malloc 创建它:

struct Danger *dang = malloc(sizeof(struct Danger));

此时，dang->a 似乎确实可以是任何值，因为内存尚未初始化。如果我使用calloc:

struct Danger *dang = calloc(1, sizeof(struct Danger));

我现在知道dang->a必须等于\0。

malloc 可能存在的原因是，您将立即写入已分配的整个内存空间，您一开始并不真正关心其中有什么。这可以节省您将无论如何都会被覆盖的数据归零的额外步骤

不过，从程序安全性和稳定性的角度来看，使用malloc应该是异常(exception)而不是规则，因为它很容易导致未定义的行为。

两个问题:

• C 程序是否经常因 malloc 而处理意外的功能？这是一个相当频繁出现的问题吗？
• 如果每次都使用 calloc 而不是 malloc，我真的会受到多少性能损失？

Answer 1

Do C programs in the wild deal with unexpected functionality as a result of malloc often? Is this a fairly recurrent problem?

他们经常处理“问题”，但通常采用的方式是尽量不读取垃圾数据。这通常没有问题，因为无论如何数据都需要初始化。真正的危险在于无意读取垃圾/零数据，这不能通过使用calloc()来排除。

有一些方法可以确保程序不会读取垃圾数据。最简单的方法是使用 valgrind 执行测试套件。它报告任何垃圾数据的读取。它还会捕获任何释放后使用错误、未分配内存的访问、丢失的内存块等。

How much of a performance penalty do I really get if I just use calloc every time instead of malloc?

正是两次写入数据的开销。它可能会从缓存中删除一些有值(value)的数据，因此这实际上取决于内存块有多大，以及您随后使用敏感数据填充它的操作顺序。

• 最坏的情况:清零会从缓存中逐出填充内存块所需的数据。这些数据需要从内存中重新加载，这是性能影响的主要部分。对于几兆字节数量级的内存块，这可能会产生大约 100 微秒的影响。详细信息取决于您的机器。

• 最好的情况:分配一个小内存块后立即填充它，而不读取任何数据。在这种情况下，开销只是将数据写入一级缓存的开销。尽管这是一个快速操作，但您仍然可以预期归零与您自己的初始化所花费的时间相同 - 缓存并不是无限快的。

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就个人而言，当我需要零初始化 block 时，我仅使用calloc()作为获取零初始化 block 的便捷方法。但通常情况并非如此。但这种情况时有发生。