虚拟内存到底是什么？为什么我们在C语言中看到的地址是假的？
在C语言中，指针变量的值就是一个内存地址，&运算符的作用也是取变量的内存地址，请看下面的代码：
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
int a = 1, b = 255;
int main(){
int *pa = &a;
printf("pa = %#X, &b = %#X\n", pa, &b);
system("pause");
return 0;
}
在C语言的printf函数打印格式中，
%X是以十六进制打印，并且a~f打印出来的是大写的A、B、C、D、E、F
如果是%#X，则会在打印的十六进制结果前面加上0X
结果为：
Windows10 64+vs2022 x86编译：
Windows10 64+vs2022 x64编译：
代码中的 a、b 是全局变量，它们的内存地址在链接时就已经决定了，以后再也不能改变，该程序无论在何时运行，结果都是一样的。(个人：应该是编译完成后，每次运行的结果都一样，但是如果重新进行编译，然后运行，结果会不一样)
那么问题来了，如果物理内存中的这两个地址被其他程序占用了怎么办，我们的程序岂不是无法运行了？
幸运的是，这些内存地址都是假的，不是真实的物理内存地址，而是虚拟地址。虚拟地址通过CPU的转换才能对应到物理地址，而且每次程序运行时，操作系统都会重新安排虚拟地址和物理地址的对应关系，哪一段物理内存空闲就使用哪一段。如下图所示：
(个人：这里的虚拟地址是针对程序中的内存地址编号而言的，和虚拟内存不是一个概念，不可混同)
虚拟地址
虚拟地址的整个想法是这样的：把程序给出的地址看做是一种虚拟地址（Virtual Address），然后通过某些映射的方法，将这个虚拟地址转换成实际的物理地址。这样，只要我们能够妥善地控制这个虚拟地址到物理地址的映射过程，就可以保证程序每次运行时都可以使用相同的地址。
例如，上面代码中变量 a 的地址是 0X402000，第一次运行时它对应的物理内存地址可能是 0X12ED90AA，第二次运行时可能又对应 0XED90，而我们的程序不需要关心这些，这些繁杂的内存管理工作交给操作系统处理即可。
让我们回到程序的运行本质上来。用户程序在运行时不希望介入到这些复杂的内存管理过程中，(个人：程序自己也不可能自己操心这些事情，如果是的话，程序直接自动动手一步到位分配到真实的内存，那程序就复杂多了，程序还得知道操作系统哪里的内存空闲，怎么分配高效，可能这些工作量已经远远超过了这个程序的本职任务，也不利于程序的移植，毕竟不同操作系统的情况，接口不一样，类似java虚拟机的处理，编译成字节码，在所有的系统都可运行，在具体的系统上可以由那个系统的独特的虚拟机考虑搞成机器码执行的事，我们之前不需要考虑，从这些事务中脱离出来，也就是中间层思想)作为普通的程序，它需要的是一个简单的执行环境，有自己的内存，有自己的CPU，好像整个程序占有整个计算机而不用关心其他的程序。
- 除了在编程时可以使用固定的内存地址，给程序员带来方便外，
- 使用虚拟地址还能够使不同程序的地址空间相互隔离，提高内存使用效率。(个人：也就是虽然各个程序自己的虚拟地址一样，但是具体分配实际的物理内存时，会分配到不同的地方，不会重合)
使不同程序的地址空间相互隔离
如果所有程序都直接使用物理内存，那么程序所使用的地址空间不是相互隔离的。恶意程序可以很容易改写其他程序的内存数据，以达到破坏的目的；有些非恶意、但是有 Bug 的程序也可能会不小心修改其他程序的数据，导致其他程序崩溃。
这对于需要安全稳定的计算机环境的用户来说是不能容忍的，用户希望他在使用计算机的时候，其中一个任务失败了，至少不会影响其他任务。
使用了虚拟地址后，程序A和程序B虽然都可以访问同一个地址，但它们对应的物理地址是不同的，无论如何操作，都不会修改对方的内存。
提高内存使用效率
使用虚拟地址后，操作系统会更多地介入到内存管理工作中，这使得控制内存权限成为可能。例如，
- 我们希望保存数据的内存没有执行权限，保存代码的内存没有修改权限(个人：也就是保存代码的这个内存，当程序执行时，这里内存中的内容是不能修改的，也就是程序执行时，保存代码的内存不能修改代码)，操作系统占用的内存普通程序没有读取权限等。
- 另外，当物理内存不足时，操作系统能够更加灵活地控制换入换出的粒度，磁盘 I/O 是非常耗时的工作，这能够从很大程度上提高程序性能。
以上两点我们将在《内存分页机制》和《内存分页机制的实现》中进行详细讲解。
中间层思想
在计算机中，为了让操作更加直观、易于理解、增强用户体验，开发者经常会使用一件法宝——增加中间层，即使用一种间接的方式来屏蔽复杂的底层细节，只给用户提供简单的接口。虚拟地址是使用中间层的一个典型例子。
实际上，计算机的整个发展过程就是不断引入新的中间层：
- 计算机的早期，程序都是直接运行在硬件之上，自己负责硬件的管理工作；程序员也使用二进制进行编程，需要处理各种边界条件和安全问题。
- 后来人们不能忍受了，于是开发出了操作系统，让它来管理各种硬件，同时发明了汇编语言，减轻程序员的负担。
- 随着软件规模的不断增大，使用汇编语言编程开始变得捉襟见肘，不仅学习成本高，开发效率也很低，于是C语言诞生了。C语言编译器先将C代码翻译为汇编代码，再由汇编器将汇编代码翻译成机器指令。
- 随着计算机的发展，硬件越来越强大，软件越来越复杂，人们又不满足于使用C语言了，于是 C++、Java、C#、PHP 等现代化的编程语言诞生了。
