为什么32位和64位的地址长度不同？

Question

当我在一台64位机器上运行此代码时：

‪#‎include ‬<stdio.h>
int main() 
{ 
    int a[10]; 
    printf("%p",&a);
    return 0;  
}

它输出：

0x7fffe9ebf984 (14 digits)

在一本教科书中我发现了这个问题:

我的计算机的存储地址是32位，在八个十六进制数字中表示。

我的问题是：

为什么32位和64位的地址有两个不同的长度？

在32位和64位中，8个数字和14个数字如何用于表示地址？

- Surya Teja Vemparala

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看起来像是12位数字，但可能会有前导零。处理器的内存地址大于32位，但根据处理器而定，可能小于64位。 - rcgldr

printf("%p",&a); 不需要打印所有前导的 0 数字，也不意味着存在一个连续的线性内存范围从 0 到 0x7fffFFFFFFFF。好奇的是，printf("%p",NULL); 会输出什么？ - chux - Reinstate Monica

Answer 1

那个内存地址只有12位数，而不是14位。每个数字是一个4位字。12*4=48，这是256太字节的地址空间。目前的CPU只使用全64位地址空间的低48位，因为这可以建造更便宜的晶体管（我们在不久的将来不会完全使用从64位中可用的内存）。当我们达到48位限制时，制造商可能会创建真正利用全64位地址空间的CPU，但现在还不必要。

- Fernando Garcia

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那么在0x7fffe9ebf984中，实际地址是7fffe9ebf984吗？ 这意味着我们不需要考虑0x吗？ - Surya Teja Vemparala

0x只是告诉你这个数字是十六进制的，真正的地址应该是7fffe9ebf984。 - Fernando Garcia

Answer 2

首先，0x前缀表示接下来的是一个十六进制（基数为16）数字。十六进制系统扩展了十进制系统中的数字集合（0到9），使用a、b、c、d、e和f代表分别代表十进制数10、11、12、13、14和15。我们之所以更喜欢十六进制数而不是十进制数（至少在机器的字长是4的倍数时），是因为每个十六进制数字方便地对应于4位（二进制位）的一组。例如：

Hexadecimal: 3
Binary:      0 0 1 1
--------------------
Hexadecimal: F
Binary:      1 1 1 1

通常当我们提到机器是“32位”或“64位”时，我们指的是虚拟地址长度——即从用户模式进程的角度来看构成内存地址的位数。（这通常但不一定与字长相符。）

在x86-32机器上（例如旧版奔腾处理器），虚拟地址大小为32位。这意味着一个地址可以用八个十六进制数字来表示。例如，0x80000000代表2 GiB标记。虚拟地址为32位意味着任何给定进程只能直接引用4 GiB的内存（实际可用内存量甚至更小！）。

对于许多应用程序来说，例如大型内存数据库，4 GiB的虚拟内存空间太小，无法容纳数据集。这促使引入了64位机器，例如基于x86-64架构的机器。理论上，64位机器应该能够寻址16 EiB。但是，正如其他人所指出的那样，x86-64架构目前通过要求虚拟地址处于规范形式而将虚拟地址大小限制为48位。

顺便提一下，在规范地址空间的较低部分中的地址可以使用12个十六进制数字编写。通常，在打印时省略前导零。

如果有的话，从32位到64位计算机的完全转变不太可能很快发生。仍然有许多应用程序，特别是在嵌入式系统中，64位地址支持的内存量根本不需要；事实上，16位甚至8位微控制器仍然非常普遍。

- Martin Törnwall

Answer 3

你有32位和64位地址的原因与CPU架构有关。旧CPU使用32位，但使用32位地址限制了系统内存为4GB。这就是为什么要改为64位地址。系统可以支持更多的地址，因此可以支持更多的RAM。

你数字前面的“0x”只是告诉你它是十六进制的。所以实际上有12个数字，每个数字是4位（总共48位）。

- It'sPete

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吹毛求疵：32位地址长度限制了虚拟地址空间。物理内存可以更大，例如使用PAE。 - Martin Törnwall

注意：现今的嵌入式处理器（每年数十亿个）可能仅使用16位地址空间。 - chux - Reinstate Monica

在这两个观点上达成了一致。实际上，当我学习汇编语言时，人们正在讨论 16 位和 32 位之间的可移植性差异。 - It'sPete