詳解為什麽32位系統只能用4G內存.
既然是詳解, 就從最基礎的講起了.
1. Bit(位)
Bit計算機是計算機最小的存儲單位, 大家都知道計算機實質上都是用二進制數0或者1來存儲數據的, 所以Bit實際上可以看成存放1個二進制數字的1個位置.
也就是說bit只有2種值, 0 或者 1, 所以1個bit能存放1個布爾類型的值(boolean,是或者否).
如果一個布爾類型被存放在1個bit中, 自然這個變量就占用1個bit了, 無論這個值是1或者0, 它都占用1個bit...
2. Byte(字節)
這個就厲害了, 因為我們平常講的1個文件占多少KB, MB... 1個硬盤占多少
其實1個Byte 可以看成是有8個物理上連續的Bit組成的, 如下圖:
上面說了, 1個Bit 只能表示兩種值0 or 1, 其實就是2^1(2的1次方)種值啦.
那麽1個Byte能表示多少種值呢, 很簡單就是2^8 = 256種啦
邏輯上就是因為1個Byte 是由8個bit組成的, 每1個bit可以有兩種值(0 or 1), 那麽8個bit根據概率組合論就有2^8 = 256種了.
它們分別是:
二進制: 0000 0000 0000 0001 0000 0010 0000 0011 ... 0000 1111 0001 0000 ... 1111 1111
十六進制: 0 0 1 2 3 ... 0 F 1 0 ... F F
a. 這256個值分別是0～255 所以1個字節能表示最大的值就是255, 所以很多時候我們見到有255最大的限制(例如ip地址）就是這個原因啊。
b. 二進制1個字節是由8個位組成的，而每4個位可以看成1組，由1個十六進制數字來表示。也就是說十六進制的0-F分別表示二進制的0000 - 1111, 所以用16進制和2進制的轉化其實是很方便的。
3. 內存是計算機系統的主存儲器
介紹上面兩個存儲單位後就介紹下內存了。
內存作為1個存儲數據的存在，有1個很重要的特性，就是內存裏的數據能被cpu直接訪問。
cpu能不能直接訪問硬盤的數據呢，不能。只能通過把硬盤的數據先放到內存裏，然後再從內存裏訪問硬盤的數據。我們平時玩遊戲碰上讀圖loading 進度條的這個過程，就是把數據從硬盤讀到內存的過程啊。讀完條後地圖的數據就在內存中了。
所以內存才是計算機系統的主存儲器，而硬盤是被分到跟光盤..u盤一類都是外部存儲器。
4. 內存的基本結構
內存裏存放的數據是什麽呢？其實也是只是存放0或者1這兩個二進制數字啊，所以內存裏實際上有海量的小格子，每1個格子是1個bit，就只能存放1個數字（0或者1），那麽數值255需要幾個格子來放呢？就是8個格子啊， 1個字節byte啊。
但是問題來了，我剛說了內存裏的格子數量非常巨大，如果cpu要讀出某個指定的數據，怎麽去找呢？
1個1個格子去遍歷嗎，其實稍微接觸過數據結構的都知道，遍歷雖然實現簡單，但是在海量數據面前簡直是自殺行為。
所以實際上內存是把8個8個bit排成1組，每1組成為1個單位，大小是1byte(字節）， cpu每一次只能訪問1個byte，而不能單獨去訪問具體的1個小格子(bit). 1個byte字節就是內存的最小的IO單位.
也就是說內存是由8個 8個小格（bit）組成的1個字節單位（byte）排列組成的。如下圖：
其實大部分數據都會作為各種數據類型存放在內存內，而各種數據類型所占的字節大小也是不同的，例如上圖解析的，char字符類型占1個字節， int類型和unsigned int類型占4個字節byte.
5. 引入內存地址概念。
即使我們把內存分成了以字節為單位的結構，但是實際上內存裏還是有非常多的字節的，例如64MB內存就有 64 × 1024 × 1024 個字節啊！
如果cpu要查找1個變量，還是要1個個字節去找到話...還是1個很浪費時間的行為，所以為了避免去遍歷內存，計算機系統就引入了內存地址這個概念。
舉個例子, 內存就是一棟大樓, 而內存裏每1個字節就是大樓的每個房間, 而內存地址就是房間的門牌號碼了. 如果沒有門牌號碼,我們去訪問某個住在大樓的人是十分苦難的, 只能從1樓開始每個房間去敲門.. 如果那個人住在頂樓你就悲劇了. 而如果你知道那個人的門牌號碼, 就可以直接上去敲他的門查他水表了, 實在是方便很多啊.
內存也一樣, 計算機操作系統會給內存每1個字節分配1個內存地址, cpu只需要知道某個數據類型的地址, 就可以直接去到讀影的內存位置去提取數據了.
6. 直接尋址技術.
當代計算機還實現了1個逆天的技術,就是直接尋址了.
什麽意思呢, 還是用上面的例子說明, 假如你知道你要找的人住在那棟大樓的17樓 1702, 但是你還是需要從1樓走到17樓去找他, 這個過程還是需要時間成本的.
但是如果你具有了直接尋址技術, 就能直接跳到17樓 1702門前, 如果你找的下1個人在2樓, 又能從17樓直接跳到2樓, 逆天啊.
而直接尋址技術已經成為當代計算機軟硬件的標準技術之一了, 也就是說只要cpu知道要訪問數據的內存地址, 就能直接到內存的對應位置去訪問數據!
7. 內存地址的表示方式
跟門牌號一樣, 其實內存地址也是由1個2進制數字來表示的. 每1個地址對應內存裏的1個byte字節, 如果地址的值加1, 那麽這個地址就對應下1個字節了.
那麽內存地址的長度是多少呢? 這個就是這篇文章標題所涉及的. 在32位操作系統中, 內存的地址就是32位的2進制數, 那麽假如32位系統的某個內存地址是:
0000 1111 1111 0000 1111 0000 1111 0000
那麽它可以用十六進制表示成: 0 F F 0 F 0 F 0
也就是
Ox0ff0f0f0 前面Ox代表十六進制, 所以你見到這種字母數字混合一次的地址方式,就是這樣得來的了, 它實際上是1個二進制的數字啊. 不過計算機裏面所有的東西都是二進制了..
8. 內存地址的數量決定cpu能訪問的內存大小.
上面說了, 既然32位系統裏內存地址長度是32位的. 所以32位的地址範圍就是從 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 到 1111 1111 1111 1111 1111 1111 1111 1111 啦（Ox00000000 ~ OxFFFFFFFF)，這裏有幾個地址呢？明顯是有 2^32 個啦.
那麽2^32到底是多少個？ 2^32 = 4 * 1024(G) * 1024(M) * 1024(K) = 4294967296 , 就是4G啊, 而每1個地址對應1個1個字節，容量就是1byte，所以2^32個地址就總共能對應應4GB的內存容量啊，這裏的B指的是byte 字節啊。
假如你給32位的系統配上了8GB的內存，操作系統最多也只能給其中4GB 分配地址，其余 4GB 是沒有地址，因為地址不夠用啊，所以32位系統最多支持4GB內存就是這樣來的。
那麽64位系統呢，對應地， 64位系統的內存地址是64位的二進制數啊， 0000 ...64個0 ~ 1111 ...64個1, 用十六進表示就是從Ox0000000000000000 ~ OxFFFFFFFFFFFFFFFF , 每個地址的長度比32位的長度多1倍！而64位系統總共有多少個地址？
2^64 = 2^34 * 2^10(G) * 2^10(M) * 2^10(K) 也就是 17179869184 G（4G × 4G）個地址，我艹這是神碼概念，也就是說64位系統配上64位cpu理論上支持17多億GB的內存，當然這個只是理論了，實際上現在的普通主版能上個16GB都不錯了。
見下圖：
9. 關於指針。
大家都知道指針是用來存放內存地址的，那麽對於32位系統來講，內存地址是1個32位長度的2進制數，而每1個內存單位長度只有1byte = 8bit（位），所以1個指針就需要4byte的內存來存放該指針的內容（1個內存地址）啦。
所以我們定義1個指針 int *p; 然後求sizeof(p) 是返回4的， 4字節嘛～
而對於64位系統來講，內存地址是64位的2進制數，所以sizof(p)就返回8了，共需要8個內存單位去存放 64位系統的1個指針啊！
詳解為什麽32位系統只能用4G內存.