C語言探索之旅 | 第一部分第四課第一章：變數的世界之記憶體那檔事

-- 作者 謝恩銘 轉載請註明出處

經過上一課C語言探索之旅 | 第一部分第三課：你的第一個程式，我們已經知道怎麼在螢幕上顯示文字了。

暫時我們也就只能做這麼多了。而這是正常的，因為我們還沒學習很重要的程式設計知識： 變數

這一課知識點比較多，我們會分為幾個章節來學習：

• 記憶體那檔事

• 宣告變數

• 顯示變數內容和提取輸入內容

第一章我們學習電腦記憶體的知識。

每一個正常人都有記憶，我們的老朋友電腦也不例外，只不過它比我們“厲害”，它的記憶（儲存器）有好幾種。

為什麼電腦要有好幾種儲存器呢？單單一種還不夠嗎？

不夠：主要問題是我們想要電腦有一個既快捷（能夠很快提取資訊）又容量大（能夠儲存很多資料）的儲存器。

然而，你會啞然失笑，因為目前我們還沒有一種兼具快捷和大容量兩種特性的儲存器。更準確地說，高速儲存器太貴，所以容量只能低一點。

因此，我們只能給電腦配備：

• 要麼是很高速但是低容量的儲存器

• 要麼是大容量但是低速的儲存器

不同型別的儲存器

以下列出電腦的儲存器型別，從速度最快到速度最慢排序：

1.暫存器（Register）：位於處理器（Processor）上，存取速度非常快（"近水樓臺先得月"）

2.快取記憶體（Cache）：用於連結暫存器和記憶體

3.記憶體（Memory）：這是我們程式設計時最常打交道的儲存器，也是平時我們買電腦時很關心的資料之一

4.硬碟（Hard Disk）：你肯定不陌生，就是平時Windows電腦裡的C盤，D盤之類的（當然還有很多其他型別的硬碟，比如U盤，EEPROM等），我們在裡面儲存檔案，照片，視訊等

正如上面所說，我們這裡把儲存器從最快（暫存器）到最慢（硬碟）做了分類。你應該可以推斷出暫存器相比硬碟來說，容量要小很多。

暫存器只能儲存少量的資料，而硬碟則可以儲存大量的資料。

當我們說一個儲存器慢的時候，其實是相對電腦的處理速度而言的。

讀取硬碟大概要耗費8毫秒，對於一臺電腦來說那已經很慢了（現在普通的家用電腦的運算速度都已經可以達到每秒幾十億次了，1GHz對應每秒10億次，如果你的電腦主頻是2.5GHz，那運算速度就是每秒25億次；現在家用的雙核電腦通常都能達到每秒五十億次運算（2*2.5GHz）左右的水平）

上面所說的內容我們要掌握什麼呢？

事實上，只需要關心一部分就夠了。要知道在程式設計時，我們基本上只和記憶體打交道。我們也會學習如何讀寫硬碟，在硬碟上建立檔案（在之後的課程中，暫時還不學）。至於暫存器和快取記憶體，我們基本不關心，這是電腦的事。

當然，在一些很底層的語言中，比如組合語言（Assembly，簡稱ASM），我們會經常用到暫存器。

小編以前跟著王爽老師的《組合語言》第二版學了彙編，那本書編得挺好。

但是我想說的是，用匯編哪怕只是做個乘法，也是很不容易的。幸運的是，在C語言（或其他大部分語言）中做乘法很簡單。

還要記住一個很重要的知識點：上述四種儲存器型別中，只有硬碟是可以永久儲存資料的，其他的儲存器（暫存器，快取記憶體，記憶體）都是暫時性的儲存器：當你關閉電腦時，這些儲存器會被清空。

幸好，當你重新開啟電腦時，硬碟裡的資料始終存在，所以你的電腦還知道自己姓什名誰。

記憶體

既然我們以後的大部分時間都要跟記憶體打交道，那豈能不來認識認識這位朋友呢？

我們用變焦鏡頭的形式慢慢道來。

一開始看到的是我們的電腦工作環境的整體圖片：

上圖中的滑鼠，鍵盤，螢幕你應該都不陌生吧，還有右邊那個大傢伙： 主機箱。

我們關心的是主機箱，因為我們的記憶體在這裡面。

當然，我們的硬碟，暫存器和高度快取也都在這個主機箱裡。

我們來開蓋看看裡面的內容吧：

看上去有點凌亂，不過不用擔心，我們並不需要知道各部分的功能，我們只需要關心我們這一章的主角： 記憶體。

它在哪呢？細心的讀者可能發現了，我用紅色框標識的那個區域就是記憶體所在。

我並沒有標出其他兩種儲存器：快取記憶體和暫存器，因為它們實在太小了，不容易看到。

下圖就是記憶體條的樣子：

記憶體也經常被稱為RAM，是Random Access Memory（隨機存取儲存器）的縮寫。所以之後的課程我們有時也會用RAM來稱呼記憶體。

記憶體圖示

從外觀上，即使我們用顯微鏡來看記憶體條，也看不出個所以然來。我們關心的是它內部的運作機制。

下面是一張記憶體機制的圖示：

很精簡是吧，因為我們不需要知道太多細節。不然我們可能會被告知：“你，你知道得太多了。” 然後…就沒有然後了→_→

如果你能搞清楚上圖，暫時也已經足夠啦。

如你所見，上圖中我們關心兩列：

• 左邊一列是地址： 記憶體地址是一個數，能夠讓電腦在記憶體裡定位， 地址從0開始，到3448765900126結束。這裡只是舉個例子，我並不知道這個記憶體裡有多少地址（不一定是到3448765900126結束），每個記憶體條的容量是不同的。一般來說，記憶體條容量越大（有些電腦目前有16G記憶體，或更多），地址數就越多，儲存的資訊也越多。

• 右邊一列是值（數字）： 每一個記憶體地址都儲存一個數值，以便電腦之後使用，而且每個地址只能儲存一個值。

我們的記憶體只能儲存數字。

那你要問了，記憶體裡怎麼儲存一個單詞呢？

好問題。事實上，對於電腦來說，字母也是以數字的形式呈現。一句話就是一連串的數字。
有一張表儲存了數字和字母的對應關係，這張表被稱為“ASCII碼錶”。舉個例子，數字67對應大寫的字母Y。

我們暫時不深究ASCII碼錶，之後的課程會再次提到。

所以上圖其實不難理解，如果我們要在記憶體中儲存一個數，比如5，記憶體會看看哪個地址是可用的，然後在裡面(比如地址 35487412)儲存5；之後記憶體再要取這個數值的時候，就直接去訪問35487412這個地址，得到裡面的數，是5

大體上記憶體的機制就是這樣，暫時還是有點模糊的，但在之後的章節，會越來越清晰，我向你保證。

今天的課就到這裡，一起加油吧。

下回預告

C語言探索之旅 | 第一部分第四課第二章：變數的世界之變數宣告

下一課我們繼續探尋C語言變數的奇幻世界。