欢迎大家来到”面试”系列，Blue在这个系列中将带领大家探究热门面试题背后的知识和原理，欢迎大家关注我，精彩内容不错过，如果碰到感兴趣的题目想讨论，欢迎大家通过留言告诉我，谢谢，但请记住：

面试或许可以应付，但不要糊弄自己，彻底掌握知识本身才是提升的关键
—— 我说的

内存是所有计算设备的基础，同时也是程序存储数据的重要场所，我们每天都要接触，但是内存或者说随机存储（Random Access Memory-RAM）到底是怎么工作的，我们的程序究竟如何使用内存？这次Blue就带大家一起来研究一下，欢迎点赞、收藏、评论、转发

内容大纲

• 内存的原理，如何存放数据
• 内存如何进行寻址、门电路如何组成内存、内存位宽与容量的关系
• 地址是什么？指针是什么？
• 数组不同位置的访问速度一样吗？

从面试题开始

有一道很简单的面试题，从它开始今天的话题

数组里面有10万个数据，取第一个元素和第10万个元素的时间相差多少
复制代码

答案显而易见，因为数组中无论访问第几个元素，时间是一样的，所以答案是：一样的

问题是解决了，但数组在内存中究竟是如何存放的？数组究竟是什么？

RAM内存的原理

我们平常说的”内存”其实应该叫”Random Access Memory”，即”随机访问存储”，它的名字其实已经说明一切了，你可以随机的访问任意一个位置，速度是一样的，但是，为什么？

想象中的内存?

在想象内存时，很多人脑子里会蹦出这幅图：

其实上面的图错的最离谱，因为内存是一个一个小格子的感觉没错，但它不是二维的，硬要说的话，更接近一维的数组，长这样其实还准确一些

上面这张图如果只是说明内存的一些特性其实倒也够了，不过既然今天咱们打算彻底弄明白内存的访问原理，那么，来看看这个

内存的原理?

其实最接近实际情况的内存示意图，大概长得跟棵树似的，在内存中，存在很多”门”（不是俗称，还真就叫门），假如我们的内存只有2字节，那么它长这样：

这里有两个控制位

• a（address的简称）代表要访问哪个字节，0代表0号字节，1代表1号字节
• w代表写入标志，0是读取，1是写入（当然，还涉及到寄存器操作，这里省略了）

我们的内存当然不只2字节，那么稍微扩展一下，4字节内存长这样

因为有4字节，所以一个a就不够了，这时我们需要2位，a0和a1

这也顺便带给我们2个有意思的现象

• 内存的容量一定是2的n次方（寻址位数），比如1024（1K）、2048、……、1048576（1M）、……、1073741824（1G）、2147483648（2G）等，你无法让内存的容量是其他值
• 内存寻址能力（也就是存储上限）受限于主板和操作系统位宽，比如32位系统最大内存寻址上限为4294967296，也就是4GB，这就是为啥32位的Windows XP系统无法使用超过4G内存的根本原因

真实的内存寻址过程

劝退警告，你可以完全忽略此节继续查看其它内容，如果对自己的头发有信心，那么让我们开始吧?

目前人类的计算机使用了一种称为门的逻辑元件（其实就是三极管堆出来的啦），它能帮我们触发指定的操作，而这里，对我们最重要的是”与”(AND)和”非”(NOT)这两种门，先看个门，呸，看个图（图片引自nutsvolts）

这个图简单到一眼就能看懂，那个黑点是输入/输出，圆圈是非操作（NOT），不过为了便于理解，我们来个例子试试

假设我的输入是A=0,B=1，那么A会经过非操作（NOT）变成1，也就是说，最后做的是1&1操作，结果是1

好的，门搞明白了（吗？），接下来继续搞内存，它到底怎么寻址的？很简单

我们只需要多来几个门，看上图我们可以知道，第0字节在A=00时触发，也就是说，地址0触发了第0字节的操作；第1字节在A=01是触发，也就是说，地址1触发了第1字节的操作，是不是很简单？

顺便一说，门上的输入数量（A的数量）就是寻址宽度，一般俗称位宽，也就是我们内存的容量上限

这跟问题有什么关系？

说了这么多，其实就是为了告诉大家，你访问哪个位置，仅仅跟你Address的值有关，而设置Address其实需要的时间是相同的，比如赋值操作，a=12和a=9999其实时间一样，那么，这跟数组有什么关系？

数组在内存中如何存储

数组在内存中占用一段连续的空间（废话，不连续的那叫链表谢谢），而我们在变量中其实就会保存数组的首地址（也就是所占内存的起点），这个地址的值（比如这里的87）被称为指针

那么，我们想要arr[1]是如何操作的？很简单：arr[0]是87号位置，那arr[1]呢？小学生，不对，幼儿园都能算出来是88对吧

再试一个，arr[99]呢？这个有点难，得小学生才会了，87+99=…，186对吧？

那么问题来了，访问A=87和A=186的时间一样吗？上面就说过，都是给Address赋值，一样的

所以我们的结论是，访问数组的任何一位，时间完全相同

结论

是时候梳理一遍Blue讲过的东西了，那么首先

我们来总结一下，这次说到的内容：

• 内存通过地址（Address）访问，不同的地址访问时间完全相同
• 进而，数组不论哪一位，访问时间都是相同的
• 指针就是存在变量里的内存地址（Address）
• 内存寻址宽度（位宽）限制了它的容量上限

有bug？想补充？

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