64位平台下，指针自身的大小为什么是8字节？

系列导读

本系列基于64位平台、1Page=8KB

今天我们开始拉开《Go语言轻松系列》第二章「内存与垃圾回收」的序幕。

关于「内存与垃圾回收」章节，大体从如下三大部分展开：

• 知识预备(为后续的内容做一些知识储备),知识预备包括
  • 指针的大小
  • TCMalloc内存分配原理
• Go内存设计与实现
• Go的垃圾回收原理

本文前言

第一部分知识预备的第一个知识点指针的大小。

为什么指针的大小会作为一个知识点呢？

因为后续内存管理的内容会涉及一些数据结构，这些数据结构使用到了指针，同时存储指针的值是需要内存空间的，所以我们需要了解指针的大小，便于我们理解一些设计的意图；其次，这也是困扰我的一个问题，因为有看见64位平台下指针底层定义的类型为uint64。

为了搞清楚这个问题，我们需要了解两个知识点：

1. 存储单元
2. CPU总线

什么是存储单元？

存储单元是存储器(本文指内存)的基本单位，每个存储单元是8bit，也就是1Byte，如下图所示：

同时从上图中我们可以看出，每个存储单元会被编号，这个编号又是什么呢？

• 就是我们通常所谓的“内存的地址”
• 也就是指针的值

结论：指针的值就是存储单元的编号。

接着，我们只需要知道这个「编号」的最大值是多少，就可以知道存储「指针」的值所需的大小。要找到这个最大值就需要了解CPU总线的知识了。

CPU总线的概念

CPU总线由系统总线、等等其他总线组成。

系统总线由一系列总线组成。

内存的地址(存储单元的编号)是通过地址总线传递的，地址总线里的“每一根线”传递二进制0或1，如下图所示(实际不是这么简单，图示为了便于大家理解)。

地址总线的宽度决定了一次能传递多少个0或1，由于64位CPU每次可处理64位数据，所以理论上地址总线的宽度可以支持到最大64，也就是2^64种组合，可代表的数字范围为0 ~ 2^64-1。

结论：理论上64位CPU地址总线可传输的10进制数范围为0 ~ 2^64-1。

上面知道64位CPU的地址总线可寻址范围 为 0 ~ 2^64-1，需要一个类型可以存储这个指针的值，毫无疑问就是uint64，uint64又是多大呢？是不是8byte。所以：64位平台下，一个指针的大小是8字节。

顺便扩充个问题：

为什么32位平台下，可寻址空间是4GB？

备注：64位太大，我们这里用32位来看这个问题

我们来分析一下：

• 由于，32位平台可支持地址总线的最大宽度为32，及代表的存储单元编号的范围：0 ~ 2^32-1
• 则，最多可以找到2^32个存储单元
• 又有，存储单元的大小为8bit(1Byte)

所以我们可以得到，32位平台最多可以寻找到2^32个存储单元，再翻译下2^32个存储单元这句话：

2^32个存储单元 == 2^32个1Byte == 2^32Byte == 4GByte == 4GB

做个总结哈

我们回头再来看，本次内容可以get到如下知识点：

• 存储器的基本单位是存储单元
• 存储单元为8bit
• 指针的值就是存储单元的编号
• CPU地址总线的宽度决定了指针的值的最大范围

预告

下篇文章我们将带来知识预备的第二个知识点TCMalloc内存分配原理。

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