C语言中Realloc未缩小内存？该行为是否正常？

问题代码 #

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>

int main() {
    int size;
    int *a, *a2;

    size = 5;
    a = malloc(size * sizeof(int));
    if(a == NULL) {
        fprintf(stderr, "Failure at allocating memory for array.\n");
        abort();
    }

    for(int i = 0; i < size; i++) {
        a[i] = i * i;
        printf("Array %d element: %d.\n", i, a[i]);
    }

    size = 2;
    a2 = realloc(a, size * sizeof(int));
    if(a2 == NULL) {
        free(a);
        fprintf(stderr, "Failure at reallocating memory for array.\n");
        abort();
    }

    printf("\n");

    size = 5;
    for(int i = 0; i < size; i++) {
        a2[i] = i * i * i;
        printf("Array %d element after realloc: %d.\n", i, a2[i]);
    }

    free(a2);

    return 0;
}

运行输出 #

Array 0 element: 0.
Array 1 element: 1.
Array 2 element: 4.
Array 3 element: 9.
Array 4 element: 16.

Array 0 element after realloc: 0.
Array 1 element after realloc: 1.
Array 2 element after realloc: 8.
Array 3 element after realloc: 27.
Array 4 element after realloc: 64.

用户疑问 #

调用realloc后并未将数组实际缩小到2个元素，反而仍能正常访问最初分配的全部5个元素，请问该行为是否正常？我是否存在代码错误？

回答 #

这个行为不属于正常可依赖的情况，你的代码存在明确错误：

• 当你用realloc(a, 2 * sizeof(int))把内存缩小到2个int的大小后，原内存中索引≥2的部分已经被内存管理器标记为“不再属于当前程序”，后续访问这部分内存属于数组越界访问，这是C语言中的未定义行为。
• 之所以看起来能正常运行甚至输出正确值，只是因为内存管理器不会立刻清空或回收这部分内存——旧数据暂时还在，且没有被其他程序或当前程序的其他部分覆盖，但这完全是偶然的。换个操作系统、编译器版本，或者程序稍微修改，就可能出现崩溃、数据乱码、甚至破坏其他变量的严重问题。
• 代码的核心错误：realloc之后，你必须严格遵守新的内存大小，不能再访问超出新范围的内存区域。修正后的代码应该把realloc后的循环上限改为2，而不是改回5。

内容的提问来源于stack exchange，提问作者Agent 47