為什麼C語言中使用的地址是假的
在C語言中，指標變數的值就是一個記憶體地址，&運算子的作用也是取變數的記憶體地址，請看下面的程式碼：
- #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-Free 5.0 下執行，結果為：
pa = 0X402000, &b = 0X402004
程式碼中的 a、b 是全域性變數，它們的記憶體地址在連結時就已經決定了，以後再也不能改變，該程式無論在何時執行，結果都是一樣的。
那麼問題來了，如果實體記憶體中的這兩個地址被其他程式佔用了怎麼辦，我們的程式豈不是無法運行了？
幸運的是，這些記憶體地址都是假的，不是真實的實體記憶體地址，而是虛擬地址。虛擬地址通過CPU的轉換才能對應到實體地址，而且每次程式執行時，作業系統都會重新安排虛擬地址和實體地址的對應關係，哪一段實體記憶體空閒就使用哪一段。如下圖所示：
虛擬地址
虛擬地址的整個想法是這樣的：把程式給出的地址看做是一種虛擬地址（Virtual Address），然後通過某些對映的方法，將這個虛擬地址轉換成實際的實體地址。這樣，只要我們能夠妥善地控制這個虛擬地址到實體地址的對映過程，就可以保證程式每次執行時都可以使用相同的地址。
例如，上面程式碼中變數 a 的地址是 0X402000，第一次執行時它對應的實體記憶體地址可能是 0X12ED90AA，第二次執行時可能又對應 0XED90，而我們的程式不需要關心這些，這些繁雜的記憶體管理工作交給作業系統處理即可。
讓我們回到程式的執行本質上來。使用者程式在執行時不希望介入到這些複雜的記憶體管理過程中，作為普通的程式，它需要的是一個簡單的執行環境，有自己的記憶體，有自己的CPU，好像整個程式佔有整個計算機而不用關心其他的程式。
除了在程式設計時可以使用固定的記憶體地址，給程式設計師帶來方便外，使用虛擬地址還能夠使不同程式的地址空間相互隔離，提高記憶體使用效率。
如果所有程式都直接使用實體記憶體，那麼程式所使用的地址空間不是相互隔離的。惡意程式可以很容易改寫其他程式的記憶體資料，以達到破壞的目的；有些非惡意、但是有 Bug 的程式也可能會不小心修改其他程式的資料，導致其他程式崩潰。
這對於需要安全穩定的計算機環境的使用者來說是不能容忍的，使用者希望他在使用計算機的時候，其中一個任務失敗了，至少不會影響其他任務。
使用了虛擬地址後，程式A和程式B雖然都可以訪問同一個地址，但它們對應的實體地址是不同的，無論如何操作，都不會修改對方的記憶體。
使用虛擬地址後，作業系統會更多地介入到記憶體管理工作中，這使得控制記憶體許可權成為可能。例如，我們希望儲存資料的記憶體沒有執行許可權，儲存程式碼的記憶體沒有修改許可權，作業系統佔用的記憶體普通程式沒有讀取許可權等。
另外，當實體記憶體不足時，作業系統能夠更加靈活地控制換入換出的粒度，磁碟 I/O 是非常耗時的工作，這能夠從很大程度上提高程式效能。
以上兩點我們將在《記憶體分頁機制》和《記憶體分頁機制的實現》中進行詳細講解。
中間層思想
在計算機中，為了讓操作更加直觀、易於理解、增強使用者體驗，開發者經常會使用一件法寶——增加中間層，即使用一種間接的方式來遮蔽複雜的底層細節，只給使用者提供簡單的介面。虛擬地址是使用中間層的一個典型例子。
實際上，計算機的整個發展過程就是不斷引入新的中間層：
- 計算機的早期，程式都是直接執行在硬體之上，自己負責硬體的管理工作；程式設計師也使用二進位制進行程式設計，需要處理各種邊界條件和安全問題。
- 後來人們不能忍受了，於是開發出了作業系統，讓它來管理各種硬體，同時發明了組合語言，減輕程式設計師的負擔。
- 隨著軟體規模的不斷增大，使用匯編語言程式設計開始變得捉襟見肘，不僅學習成本高，開發效率也很低，於是C語言誕生了。C語言編譯器先將C程式碼翻譯為彙編程式碼，再由彙編器將彙編程式碼翻譯成機器指令。
- 隨著計算機的發展，硬體越來越強大，軟體越來越複雜，人們又不滿足於使用C語言了，於是 C++、Java、C#、PHP 等現代化的程式語言誕生了。
轉自：https://blog.csdn.net/qq_28018113/article/details/73437982