C語言探索之旅 | 第一部分第四課：變量的世界（一），內存那檔事

做者 謝恩銘，公衆號「程序員聯盟」。 轉載請註明出處。 原文：www.jianshu.com/p/e2954324e…

《C語言探索之旅》全系列

內容簡介

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1. 前言
2. 不一樣類型的存儲器
3. 內存
4. 總結
5. 第一部分第四課預告

1. 前言

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通過上一課 C語言探索之旅 | 第一部分第三課：你的第一個程序 ，咱們已經知道怎麼在屏幕上顯示文字了。

暫時咱們也就只能作這麼多了。而這是正常的，由於咱們還沒學習很重要的編程知識：變量。

變量相關的知識點比較多，咱們會分爲幾課來學習：

• 內存那檔事；
• 聲明變量；
• 顯示變量內容和提取輸入內容。

這一課咱們學習電腦內存的知識。

每個正常人都有記憶，咱們的老朋友電腦也不例外，只不過它比咱們「厲害」，它的記憶（存儲器）有好幾種。

爲何電腦要有好幾種存儲器呢？單單一種還不夠嗎？

不夠：主要問題是咱們想要電腦有一個既快捷（可以很快提取信息）又容量大（可以存儲不少數據）的存儲器。

然而，你會啞然失笑，由於目前咱們尚未一種兼具快捷和大容量兩種特性的存儲器。更準確地說，高速存儲器太貴，因此容量只能低一點。

所以，咱們只能給電腦配備：

• 或者是很高速可是低容量的存儲器；
• 或者是大容量可是低速的存儲器。

2. 不一樣類型的存儲器

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如下列出電腦的存儲器類型，從速度最快到速度最慢排序：

1. 寄存器（Register）：位於處理器（Processor）上，存取速度很是快（由於「近水樓臺先得月」）。

2. 高速緩存（Cache）：用於連接寄存器和內存。

3. 內存（Memory）：這是咱們編程時最常打交道的存儲器，也是平時咱們買電腦時很關心的數據之一。

4. 硬盤（Hard Disk）：你確定不陌生，就是平時 Windows 電腦裏的 C 盤，D 盤之類的（固然還有不少其餘類型的硬盤，好比 U 盤，EEPROM，等），咱們在裏面存儲文件，照片，視頻，等。

正如上面所說，咱們這裏把存儲器從最快（寄存器）到最慢（硬盤）作了分類。你應該能夠推斷出寄存器相比硬盤來講，容量要小不少。

寄存器只能存儲少許的數據，而硬盤則能夠存儲大量的數據。

當咱們說一個存儲器慢的時候，實際上是相對電腦的處理速度而言的。

讀取硬盤大概要耗費 8 毫秒，對於一臺電腦來講那已經很慢了（如今普通的家用電腦的運算速度都已經能夠達到每秒幾十億次了，1 GHz 對應每秒 10 億次；若是你的電腦主頻是 2.5 GHz，那運算速度就是每秒 25 億次；如今家用的雙核電腦一般都能達到每秒 50 億次運算（5 GHz）左右的水平）。

上面所說的內容，咱們須要掌握什麼呢？

事實上，只須要關心一部分就夠了。要知道在編程時，咱們基本上只和內存打交道。咱們在以後的課程中也會學習如何讀寫硬盤，在硬盤上建立文件。至於寄存器和高速緩存，咱們基本不關心，這是電腦的事。

固然，在一些很底層的語言中，好比彙編語言（Assembly，簡稱 ASM），咱們常常會用到寄存器。

我之前學生時代跟着王爽老師的《彙編語言》第二版學習了彙編，那本書寫得挺好。

可是我想說的是，用匯編哪怕只是作個乘法，也是很不容易的。幸運的是，在 C語言（或其餘大部分語言）中作乘法很簡單。

還要記住一個很重要的知識點：上述四種存儲器類型中，只有硬盤是能夠永久保存數據的。其餘的存儲器（寄存器，高速緩存，內存）都是暫時性的存儲器：當你關閉電腦時，這些存儲器會被清空。

幸虧，當你從新開啓電腦時，硬盤裏的數據始終存在，因此你的電腦還知道本身姓甚名誰。

3. 內存

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既然咱們之後的大部分時間都要跟內存打交道，那豈能不來認識認識這位朋友呢？

咱們用變焦鏡頭的形式慢慢道來。

一開始看到的是咱們的電腦工做環境的總體圖片：

上圖中的鼠標，鍵盤，顯示屏，你應該都不陌生吧，還有右邊那個你們夥：主機箱。

咱們關心的是主機箱，由於咱們的內存在這裏面。

固然，咱們的硬盤，寄存器和高度緩存也都在這個主機箱裏。

咱們來開蓋看看裏面的內容吧：

看上去有點凌亂，不過不用擔憂，咱們並不須要知道各部分的功能，咱們只須要關心咱們這一章的主角：內存。

它在哪呢？聰明如你可能已經發現了，我用紅色框標識的那個區域就是內存所在。

我並無標出其餘兩種存儲器：高速緩存和寄存器，由於它們實在過小了，不容易看到。

下圖就是內存條的樣子：

內存也常常被稱爲 RAM，是 Random Access Memory（隨機存取存儲器）的縮寫。因此以後的課程咱們有時也會用 RAM 來稱呼內存。

內存圖示

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從外觀上，即便咱們用顯微鏡來看內存條，也看不出個因此然來。咱們關心的是它內部的運做機制。

下面是一張內存機制的圖示：

很精簡是吧，由於咱們不須要知道太多細節。否則咱們可能會被告知：「你，你知道得太多了」。而後… 就沒有而後了...

若是你能瞭解清楚上圖，暫時也已經足夠了。

如你所見，上圖中咱們關心兩列：

• 左邊一列是地址： 內存地址是一個數，可以讓電腦在內存裏定位， 地址從 0 開始，到 3448765900126 結束。這裏只是舉個例子，我並不知道這個內存裏有多少地址（不必定是到 3448765900126 結束），每一個內存條的容量是不一樣的。通常來講，內存條容量越大，地址數就越多，儲存的信息也越多。

• 右邊一列是值（數字）： 每個內存地址都儲存一個數值，以便電腦以後使用，並且每一個地址只能存儲一個值。

咱們的內存只能存儲數字。

那你要問了，內存裏怎麼存儲一個英語單詞呢？

好問題。事實上，對於電腦來講，字母也是以數字的形式呈現。一句話就是一連串的數字。

有一張表儲存了數字和字母的對應關係，這張表被稱爲「ASCII 碼錶」。舉個例子，數字 67 對應大寫的字母 C。

咱們暫時不深究 ASCII 碼錶，以後的課程會再次提到。

因此上圖其實不難理解，若是咱們要在內存中儲存一個數，好比 5，內存會看看哪一個地址是可用的，而後在裏面（好比地址 35487412）儲存 5；以後內存再要取這個數值的時候，就直接去訪問 35487412 這個地址，獲得裏面的數，是 5。

大致上內存的機制就是這樣，暫時仍是有點模糊的，但在以後的章節，會愈來愈清晰，我向你保證。

7. 第一部分第五課預告

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今天的課就到這裏，一塊兒加油吧！

下一課：C語言探索之旅 | 第一部分第五課：變量的世界（二），變量聲明

下一課咱們繼續探尋 C語言變量的奇幻世界。

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我是 謝恩銘，公衆號「程序員聯盟」運營者，慕課網精英講師 Oscar 老師，終生學習者。 熱愛生活，喜歡游泳，略懂烹飪。 人生格言：「向着標杆直跑」