内存的管理艺术（基于C语言）2

内存的管理艺术（基于C语言）2

                                                                      C语言--操作内存魅力的语言

本总结基于朱有鹏的C语言高级精讲篇

1、位、字节、半字，字的概念和内存位宽

（1）什么是内存？

 

硬件和逻辑两个角度：

 

从硬件的角度，内存实际上是电脑的一个配件，（一般有一个事件叫内存条）

根据不同的硬件实现的原理，还可以把内存分成SRAM和DRAM

 

DRAM又有好多代，最早的SDRAM，后来的DDR1，DDR2，LPDDR（低功耗），手机用的。

静态的内存是不需要初始化就可以使用的，动态的内存需要初始化才可以使用。

 

从逻辑的角度来讲：

内存是这样的一种东西，他可以随机的访问（只要给一个地址，就可以访问这个内存地址）并且可以读写，

当然了逻辑上可以限制为只读和只写。内存在编程中天然是用来存放变量的。就是因为有了内存，所以C语言才可以定义变量。

C语言中的一个变量实际上就对应内存中的一个单元。

（2）内存的逻辑抽象图：（内存的编程模型）（这里不懂得话，说自己懂指针本身就是个笑话）

从逻辑的角度来讲：内存实际上是由无限多个内存单元组成的，每个单元格有一个固定的地址叫内存地址，

这个内存地址和这个内存单元格唯一的对应并且永久的绑定。内存的抽象图非常类似于房间。

以大楼来类比内存是最合适的，一块内存，逻辑上是一栋无限大的大楼，然后内存的单元格就好像大楼中的一个个的小房间，

每个内存单元格的地址就好像每个小房间的房间号，内存中存储的内容，就好像住在房间中的人一样。

逻辑上来说内存可以有无限大，因为数学大，编号可以增加，但是现实中实际的内存大小是有限制的，

比如32位的系统内存的限制就为4G。一般32位系统指的是32的数据线，但是一般的地址线也就是32位，

这个地址线32位决定了内存只能有32位二进制 ，2的32次方，内存的限制就是4G。实际上32位系统中

可用的内存一般是小于等于4G。

 

硬件实现起来有些是比较简单有些是比较难的。

99%的情况都是32位的计算机。

2、内存单元大小的单位

（1）位和字节：

内存单元的大小单位有4个：位（1bit），字节（8bit），半字（一般16bit），字（一般32bit）

在所有的计算机，所有的机器中（不管你是32位还是64位的操作系统）位永远都是1bit，字节永远是8bit。

 

（2）字和半字：

    历史上曾经出现过32位，64位，16位，而且操作系统还有很多的操作系统，所以很多概念在历史上成曾经被混乱的定义过。

建议大家对字，半字，双字不要详细的区分，只要知道这些单元具体有多少位是依赖于平台的。实际工作中在每种平台上先去弄清楚这个平台的定义。

（字是多少位的，半字永远是字的一半，双字永远是字的2倍大小）

 

编程时一搬根本用不到字的概念，有些文档中会用到这些概念，如果不加区分可能对你对程序地误解。（朱老师）

字

在计算机中，一串数码作为一个整体来处理或运算的，称为一个计算机字，简称宇。字通常分为若干个字节(每个字节一般是8位)。

在存储器中，通常每个单元存储一个字，因此每个字都是可以寻址的。字的长度用位数来表示。

这里的解释对我后面理解内存对齐效率高非常有用。

在linux加ARM平台上这个软硬件平台上（我们的这个课程当中）

字是32位的

（3）内存位宽：

 

    从硬件的角度讲，硬件内存的实现本身是有宽度的，也就是说有些内存条就是8位的，而有些是16位的。

16位的内存最终接线出来的不一定是16位的，可以接成32位的。X210实际上用的是32位。我们默认是以32位系统来讲。

那么需要强调的是，内存芯片是可以并联的，即使是8位内存的芯片也可以做出来16位和32位的硬件内存。

    从逻辑角度来讲，内存位宽是任意的。24位的内存（但是实际上这种这种硬件是买不到的）

你的操作不是纯逻辑而是需要硬件去执行的，所以不能为所欲为，所以我们实际的操作很多都是受限于硬件的特性。

24位的内存和32位的内存是没有任何的区别的，但是实际上硬件都是32位的。都要按照32位的特性和限制来干活。

3、内存编址和寻址、内存对齐

（1）内存编址方法

每一个格子都会有一个地址，这些格子是可以用来装东西的，这里面装的东西就是内存中存储的数，每一个格子有一个编号，这个编号就是内存地址，这个内存地址（数字）和这个格子的空间（实质是一个空间），这两个东西是一一对应的，永久绑定的。

在程序运行时，CPU实际只认识内存地址，而不关心这个地址的所代表的空间在哪里，怎么分布这些实体的硬件问题。

因为硬件设计保证了按照这个地址就一定能找到这个格子，所以说内存单元的2个概念，地址和空间是内存单元的两面性。

 

 

（2）关键，内存编址是以字节为单位的

    地址为0的大小，的空间就是以字节为单位的。，这个内存地址对应的空间多大？

确定的是8bit。这个地址的地址就是一个字节。

如果把内存比喻为一栋大楼，那么楼里面的一个个房间就是固定的大小就是一个字节的大小，8bit的大小。

 

 

（3）内存和数据类型的关系

   当然指的是C语言的数据类型有：char  short  int  long  float  double   

这些数据类型跟占用的内存有关，int 整形（整数类型）

这个整就体现在他和CPU本身的数据位宽是一样的。

   比如32位的CPU，那么整形就是32位，那么int就是32位。

数据类型和内存的关系，我们用数据类型是定义变量的，而这些变量需要存储，运算在内存中。

所以说我们的数据类型必须和内存相匹配，否则可能不工作或者效率低下。

   在32位系统中定义变量最好用int，因为这样效率最高，原因就是32位的系统本身配合内存等也是32位，

这样的硬件配置天生适合定义32位int的类型变量，也能定义8位的char类型或者16位的short类型变量，

但是实际上访问的效率不高。

在很多32位的环境下，我是实际上定义bool类型变量（实际上只需要1bit就够了）都是用int来代替bool的。

 

问题：实际编程时要以省内存为大，还是要以运行效率为重，答案是不定的，看具体情况？

很多年前内存很贵，那时候写代码以省内存为主。现在随着半导体技术的发展，内存变得很便宜了。

而效率和用户体验变成了关键。所以现在写程序大部分情况都是以效率为重。

（4）内存对齐

我们在C中int a，定义一个int变量，在内存中就必须分配4个字节来存储这个a，有这么2种不同内存分配思路和策略。

最好的使用内存的对齐的方式。

这种不是逻辑的问题，这种是硬件的关系。从硬件的角度来说，32位的内存它逻辑上就有相关性，这4个字节组合起来当作一个int，硬件就是合适的，效率就高。

有一种是一排的分配的方式    对齐访问

另一种是两排的分配的方式    非对齐访问

 

对齐访问很配合硬件 ，所以效率很高，所以效率很高，非对齐访问因为和硬件本身不搭配，所以效率不高（因为兼容性的问题，一般的硬件也提供非对齐访问，但是效率会低很多）

   是刚好匹配是最好的？

因为字的概念是：一次的计算机存取的数据的大小，还要加上一句的话，计算机的硬件是通过内存的对齐方式来存取的，如果你

执意要按照自己的书写方式，那么可以成功，但是计算机本来可以读取内容的话都分为好几次读取了。所以效率太慢。