005_为何64位下一个指针大小为8个字节和32/64位系统的关系

一、通俗理解指针

说到指针，首先我们得开始从变量说起(或者常量，以下均用变量进行说明)，如果你实现下面代码:int a = 10; 最终转成汇编的底层内存布局就是，在某一块存储空间里存储着10这个数值，这块存储空间会根据变量声明的不同地方而相应存储在全局区(也是常说的数据段)、栈区(一般是声明在一个函数或者方法里)，以及堆区(堆区的话，常见的就是放在堆空间里的一个类对象的属性)。而怎么能够找到存储着这个10的存储空间呢，就是通过内存地址找到的，假如这个内存地址是0x100000800，而通过这块内存地址找到的存储空间里存储的东西，就是那个10，一般的，一个变量都是会占用一定大小的空间来存储，假如，在这儿的int默认分配4个字节，那么在0x100000800到0x100000803这段里存储着的就是这个数值10。看到这儿，大家应该也清楚明白了，其实这0x100000800仅仅是存储着10的这段存储空间的首地址而已。

好，接下来，要说明白的就是指针了。我为何要花这么长一段话来讲解这个普通的变量呢，就是因为，我们常说到和用到的指针，都是通过变量来使用的，就是常见的指针变量。通过上面对普通变量的理解和认识，我们已经清楚的知道了，一个变量，会有相应的一段存储空间来存储着相应的值，例如，上面的int a = 10  这段存储空间里，存储的就是10这个数值。而我们接下来要说的指针，int *b  = &a  ,  他这段存储空间里，存储着的东西就不是10了，但是也是一个数值，这个数值就是一个地址值，这个地址值里就存储着10。我们这里假如a的存储空间的首地址是0x100000900，存储着10的那块内存空间是0x100000800，那么这里a的存储空间里存储的那个数值就是0x100000800，之后再根据这个0x100000800地址值找到他里面存储着的10，下图是对int a = 10以及int *b = &a 的具体图解：

 

我们简单的对上面的做个描述：

int a = 10时，会分配一段存储空间给a，这段存储空间里存储着的数值就是10

int *b = &a 时，同样会分配一段存储空间给a，这里面存储着的也是一个数值，只是这个数值是个地址值。之后还会分配另一段存储空间，这段存储空间里，存储着的就是10。之后，a存储空间里存储着的地址值就是存储着10的那段存储空间的首地址值。那如何访问这个10呢，就是通过a里存储着的地址值寻找到存储着10的那段存储空间，之后就能访问了,代码就是:*b

代码示例如下:

#include <stdio.h>
int main(int argc, char *argv[]){
    int a = 10; 
    int *b = &a;

    printf("&a:%p, b:%p, a:%d, &b:%p\n", &a, b, *b, &b);
    return 0;
}/*
$./a.out 
&a:0x7fffd7404d2c, b:0x7fffd7404d2c, a:10, &b:0x7fffd7404d30
*/

二、为何64位下一个指针大小为8个字节？

通过上面的介绍，我们对指针有了个清楚的认识。那么，随之就引入了本篇文章的重点了，为何64位下一个指针大小为8个字节。其实，这个原因也是很简单的，只是可能很多小伙伴从没去想过这个问题，所以当问到这个问题的时候，可能就是一脸懵逼，当然，我第一次被问到这个问题的时候也是一脸懵逼，哈哈哈。

现在先引入一个计算机常识，那就是，无论是什么类型的指针变量，在32位系统下，一个指针变量所占用的空间是4个字节，在64位下，一个指针变量所占用的空间是8个字节。

那么为何会是这个值呢？就听我给你细细讲来。

首先，我们得知道另一个计算机常识，那就是，一个字节(byte)占用多少位(bit)，没错，是8位。这里，你可能会发现一个有趣的地方，32 bit == 4 byte ， 64 == 8 byte。这不是巧合，哈哈哈。

现在我问你一个问题，64位能表示的数值个数是多少？很简单，2^64个，数值范围就是从0到2^64 - 1，这也是如今64位CPU的寻址范围，用16进制表示就是：0---FFFF FFFF FFFF FFFF(F是数值15，二进制就是1111,刚好是四位，所以2个16进制位就是一个字节)，那么重点就从这儿开始了，如果想让一个指针变量存储的数值能表示完所有的寻址范围(也就是所有的地址值)，那么毋庸置疑，他的存储空间必须是大于等于64bit，也就是8个字节，少一个bit，都不能完整的表示完所有的寻址范围，刚好，8个字节刚好能不多一位不少一位的表示完所有的寻址范围，因此就是8个字节。同理的32位下就是4个字节

三、附加解释

这里再给你普及一个知识点，就是值的存储

问你个问题，一位能表示的最大值是多少？没错，是1，也就是2^1 - 1，一位能表示的数值个数是2^1，言下之意就是，如果你想存储一个数值，只有0和1的话，那么一个bit的足矣，同理，如果想存储一个255的话，那么8个bit足矣，也就是一个字节，那么要存储2^64 - 1，那就得64位，八个字节

当然，还有就是数值存储最终会是用补码进行存储的，为何如此，我就提下其中一个原因，这里不做多余的解释，原因就是为了能让在负数存在的情况下，每一个数值都能对应着唯一的一个2进制数。简单说下，如果用原码存储的话，正0和负0对应着两个不同的二进制数，用16进制表示的话，正0是：0000 0000 0000 0000，负0是：8000 0000 0000 0000(也就是最高位符号位是1)。如果是补码的话，正0和负0都是用对应着同一个二进制数，用16进制表示的话，也就是0000 0000 0000 0000

 

四、32位/64位系统支持内存比较

32位系统

32位系统使用32位地址线的最大寻址空间为2的32次方bytes，计算后即4294967296 Bytes，也就是我们常说的4096MB，32位地址线的寻址空间封顶即为4GB。但是，虽然系统能够识别4096MB，我们还是不能完全使用它，像显卡也需要占用一部分内存，而这部分内存通常是直接划归显卡使用，不会显示在系统中，部分主板的BIOS设置中可以找到这样的选项。 32位Windows 7/8系统支持的最大内存事实上只有3.25GB左右，另外32位系统在应用程序占用内存上面还存在限制，通常会限制单个应用程序占用内存不能超过2GB以上，如果超过就会发生内存溢出现象。

64位系统

64位系统使用64位地址线的最大寻址空间为2的64次方bytes，计算后其可寻址空间达到了18446744073709551616 Bytes，即16384PB(PebiByte)或16777216TB(TebiByte)。但是，很多64位CPU使用40位地址线，最大寻址空间仅为1TB，加之别的种种原因，目前Windows 7 64位版最大仅能使用192GB内存，Windows 8 64位版最大仅能使用512GB内存。不过尽管系统所能支持的内存有这么大，但主板和CPU的限制导致一般的电脑所支持的内存最大只有16GB而已。

 

Reference:

https://blog.csdn.net/qq_20255275/article/details/99692336