FFmpeg源码：av_realloc、av_reallocp、size_mult、av_realloc_f函数分析

=================================================================

FFmpeg内存管理相关的源码分析：

FFmpeg源码：av_realloc、av_reallocp、size_mult、av_realloc_f函数分析
 FFmpeg引用计数数据缓冲区相关的结构体：AVBuffer、AVBufferRef简介

FFmpeg源码：buffer_create、av_buffer_create、av_buffer_default_free、av_buffer_alloc、av_buffer_allocz函数分析

FFmpeg源码：av_buffer_ref、av_buffer_unref函数分析

FFmpeg源码：av_buffer_is_writable函数分析

=================================================================

一、av_realloc函数

（一）av_realloc函数的声明

av_realloc函数声明在FFmpeg源码（本文演示用的FFmpeg源码版本为7.0.1）的头文件libavutil/mem.h中：

cpp 复制代码

/**
 * Allocate, reallocate, or free a block of memory.
 *
 * If `ptr` is `NULL` and `size` > 0, allocate a new block. Otherwise, expand or
 * shrink that block of memory according to `size`.
 *
 * @param ptr  Pointer to a memory block already allocated with
 *             av_realloc() or `NULL`
 * @param size Size in bytes of the memory block to be allocated or
 *             reallocated
 *
 * @return Pointer to a newly-reallocated block or `NULL` if the block
 *         cannot be reallocated
 *
 * @warning Unlike av_malloc(), the returned pointer is not guaranteed to be
 *          correctly aligned. The returned pointer must be freed after even
 *          if size is zero.
 * @see av_fast_realloc()
 * @see av_reallocp()
 */
void *av_realloc(void *ptr, size_t size) av_alloc_size(2);

该函数作用是：分配或重新分配（更改动态分配的内存大小）一个内存块。使用完该内存块后必须使用av_free或av_freep函数对其进行释放。

1.如果形参ptr值为NULL，并且形参size的值大于0，会分配一个新的内存块，该函数返回一个指向新分配的内存块的指针；

2.如果形参ptr指向一个已存在的内存块，并且形参size的值大于0，根据size的值扩展或缩小该内存块。新的大小（size的值）可大可小，如果新的大小大于原内存大小，则新分配部分不会被初始化；如果新的大小小于原内存大小，可能会导致数据丢失。

形参ptr：既是输入型参数，也是输出型参数。指向一个要重新分配内存的内存块，也可以是空指针。

形参size：输入型参数。新内存块的大小，单位为字节。

返回值：如果重新分配成功则返回指向被分配内存的指针，否则返回空指针NULL。

（二）av_realloc函数的定义

av_realloc函数定义在libavutil/mem.c中：

cpp 复制代码

void *av_realloc(void *ptr, size_t size)
{
    void *ret;
    if (size > atomic_load_explicit(&max_alloc_size, memory_order_relaxed))
        return NULL;

#if HAVE_ALIGNED_MALLOC
    ret = _aligned_realloc(ptr, size + !size, ALIGN);
#else
    ret = realloc(ptr, size + !size);
#endif
#if CONFIG_MEMORY_POISONING
    if (ret && !ptr)
        memset(ret, FF_MEMORY_POISON, size);
#endif
    return ret;
}

去掉一大堆其它东西，av_realloc函数的核心实现就是：

cpp 复制代码

void *av_realloc(void *ptr, size_t size)
{
//...
    void *ret;
    ret = realloc(ptr, size + !size);
    return ret;
}

可以看到其本质就是调用了realloc函数来更改内存大小。语句"ret = realloc(ptr, size + !size)"保证了：即使av_realloc函数的形参size的值为0，传递给其内部realloc函数的也会是"ret = realloc(ptr, 1)"，从而让size的值为0时，ptr也能指向一个大小为1字节的内存块，避免其所指向的内存块被释放，避免size的值为0时函数返回一个空指针。

realloc函数有个问题：当realloc函数返回NULL时，它可能是执行失败（内存分配失败），也可能执行成功只是用户是使用它来释放内存（让size的值为0）。你压根没办法仅仅通过realloc函数的返回值来判断它是执行成功还是失败。av_realloc函数的设计艺术在于：它对realloc函数进行了封装，解决了realloc函数的上述痛点，当av_realloc函数返回NULL时，就是执行失败（内存分配失败）了。

二、av_reallocp函数

（一）av_reallocp函数的声明

av_reallocp函数声明在头文件libavutil/mem.h中：

cpp 复制代码

/**
 * Allocate, reallocate, or free a block of memory through a pointer to a
 * pointer.
 *
 * If `*ptr` is `NULL` and `size` > 0, allocate a new block. If `size` is
 * zero, free the memory block pointed to by `*ptr`. Otherwise, expand or
 * shrink that block of memory according to `size`.
 *
 * @param[in,out] ptr  Pointer to a pointer to a memory block already allocated
 *                     with av_realloc(), or a pointer to `NULL`. The pointer
 *                     is updated on success, or freed on failure.
 * @param[in]     size Size in bytes for the memory block to be allocated or
 *                     reallocated
 *
 * @return Zero on success, an AVERROR error code on failure
 *
 * @warning Unlike av_malloc(), the allocated memory is not guaranteed to be
 *          correctly aligned.
 */
av_warn_unused_result
int av_reallocp(void *ptr, size_t size);

该函数作用是：分配、重新分配或释放内存块。如果形参ptr为NULL并且形参size大于0，分配一个新的内存块。如果形参size值为0，释放*ptr指向的内存块。与av_malloc()函数不同，用av_reallocp函数分配得到的内存不能保证正确对齐。

形参ptr：既是输入型参数，也是输出型参数，类型为指针的指针。*ptr指向一个要重新分配内存的内存块，也可以是空指针。该指针在成功时更新，失败时释放。

形参size：输入型参数。要分配或重新分配的内存块的大小，单位为字节。

返回值：返回0表示成功，返回错误码AVERROR(ENOMEM)表示失败。

（二）av_reallocp函数的定义

av_reallocp函数定义在libavutil/mem.c中：

cpp 复制代码

int av_reallocp(void *ptr, size_t size)
{
    void *val;

    if (!size) {
        av_freep(ptr);
        return 0;
    }

    memcpy(&val, ptr, sizeof(val));
    val = av_realloc(val, size);

    if (!val) {
        av_freep(ptr);
        return AVERROR(ENOMEM);
    }

    memcpy(ptr, &val, sizeof(val));
    return 0;
}

可以看到该函数内部调用了av_realloc函数来分配或重新分配内存块，调用了av_freep函数来释放内存。由于av_freep函数的形参是指针的指针，所以av_reallocp函数的形参ptr也必须是指针的指针。关于av_freep函数的用法可以参考：《FFmpeg中内存分配和释放相关的源码：av_malloc函数、av_mallocz函数、av_free函数和av_freep函数分析》

三、size_mult函数

size_mult函数定义在libavutil/mem.c中：

cpp 复制代码

static int size_mult(size_t a, size_t b, size_t *r)
{
    size_t t;

#if (!defined(__INTEL_COMPILER) && AV_GCC_VERSION_AT_LEAST(5,1)) || AV_HAS_BUILTIN(__builtin_mul_overflow)
    if (__builtin_mul_overflow(a, b, &t))
        return AVERROR(EINVAL);
#else
    t = a * b;
    /* Hack inspired from glibc: don't try the division if nelem and elsize
     * are both less than sqrt(SIZE_MAX). */
    if ((a | b) >= ((size_t)1 << (sizeof(size_t) * 4)) && a && t / a != b)
        return AVERROR(EINVAL);
#endif
    *r = t;
    return 0;
}

该函数作用是：检查形参a和形参b相乘是否会溢出，并把它们相乘的结果保存到形参r指向的变量中。

形参a：输入型参数。进行乘法的第一个乘数。

形参b：输入型参数。进行乘法的第二个乘数。

形参r：输出型参数。指针，执行size_mult函数后，形参r指向的变量值会变为a * b的结果。

返回值：返回0表示没有溢出。返回AVERROR(EINVAL)表示溢出了。

四、av_realloc_f函数

（一）av_realloc_f函数的声明

av_realloc_f函数声明在头文件libavutil/mem.h中：

cpp 复制代码

/**
 * Allocate, reallocate, or free a block of memory.
 *
 * This function does the same thing as av_realloc(), except:
 * - It takes two size arguments and allocates `nelem * elsize` bytes,
 *   after checking the result of the multiplication for integer overflow.
 * - It frees the input block in case of failure, thus avoiding the memory
 *   leak with the classic
 *   @code{.c}
 *   buf = realloc(buf);
 *   if (!buf)
 *       return -1;
 *   @endcode
 *   pattern.
 */
void *av_realloc_f(void *ptr, size_t nelem, size_t elsize);

该函数作用是：分配或重新分配一个大小为elsize * nelem字节的内存块。如果elsize * nelem溢出，释放形参ptr指向的内存块的空间。如果内存分配失败，也会自动释放空间。

形参ptr：既是输入型参数，也是输出型参数。指向一个要重新分配内存的内存块，也可以是空指针。

形参nelem和形参elsize：输入型参数。elsize * nelem为新内存块的大小，单位为字节。

（二）av_realloc_f函数的定义

av_realloc_f函数定义在libavutil/mem.c中：

cpp 复制代码

void *av_realloc_f(void *ptr, size_t nelem, size_t elsize)
{
    size_t size;
    void *r;

    if (size_mult(elsize, nelem, &size)) {
        av_free(ptr);
        return NULL;
    }
    r = av_realloc(ptr, size);
    if (!r)
        av_free(ptr);
    return r;
}

可以看到该函数内部调用了size_mult检查相乘是否会溢出，如果没有溢出调用av_realloc函数来分配或重新分配内存块。