1、内存基础概念：内存分类、内存地址、字节对齐、内存单位

做调试这么多年，我发现自己干的活，十次里有八次跟内存脱不了干系。你要是不把基础概念吃透，遇到诡异 bug 就得抓瞎。这一章咱们先把地基打牢。

1.1 内存分类

内存不是只有一种。从掉电能不能保持数据来分，就是两大阵营：易失性内存和非易失性内存。说白了，一个怕断电，一个不怕。

易失性内存

最常见的就是 RAM（Random Access Memory）。RAM 又分两种：

• SRAM（静态 RAM）——速度快，功耗高，成本也高。一般 CPU 的一级、二级缓存都用它。我记得在优化一个网络设备驱动时，硬是把关键数据结构钉在了 SRAM 上，吞吐量直接翻了一倍。
• DRAM（动态 RAM）——需要定期刷新，否则数据就丢了。价格便宜，容量大。我们的主内存基本都是 DRAM，像 DDR4、DDR5 就是它的进化版。

非易失性内存

断电后数据还在的那一类。你看：

• ROM（Read-Only Memory）——出厂就写死了，只能读不能写。
• PROM / EPROM / EEPROM——可编程、可擦除，但现在基本被 Flash 替代了。
• Flash（闪存）——分为 NOR Flash 和 NAND Flash。NOR 可以随机读取，适合存代码；NAND 容量大、密度高，适合存文件和数据。

1.2 内存地址

每个字节都有自己的地址，就像每家每户的门牌号。但这里有两个概念必须拎清楚：物理地址和虚拟地址。

• 物理地址——CPU 地址总线直接送到内存控制器的真实地址。裸机或内核态代码经常直接操作它。
• 虚拟地址——应用程序看到的地址。通过 MMU（内存管理单元）映射到物理地址。为什么这么做？方便隔离、方便分段、方便换页。

你想想看，一个 32 位系统，虚拟地址空间是 4GB。但实际上物理内存可能只有 512MB。这中间怎么玩？就是靠页表映射。我在项目中遇到过因为页表没刷干净导致内核 panic，查了三天才发现是 TLB 残项问题。

1.3 字节对齐

这个东西看着简单，但带来的坑比想象的多。字节对齐指的是：数据的起始地址必须是其大小的整数倍。

• 为什么要有对齐？——CPU 读内存是按「字」或「双字」读的。不对齐的话，一次读操作可能变成两次读，甚至触发异常。
• 对齐规则：
  • char（1 字节）：任意地址
  • short（2 字节）：地址必须是 2 的倍数
  • int（4 字节）：地址必须是 4 的倍数
  • double（8 字节）：地址必须是 8 的倍数

看一个例子：

struct Example {
    char   a;  // 偏移 0
    int    b;  // 偏移 4（不是因为直接 1+4，而是编译器填充 3 字节）
    short  c;  // 偏移 8
    // 最后填充 2 字节，保证结构体大小是 4 的倍数
};
// sizeof(struct Example) = 12

实际编译时，编译器会在 a 后面自动塞 3 个填充字节（padding），让 b 对齐到 4 字节边界。如果你用 #pragma pack(1) 强行取消对齐，那访问 b 时 CPU 就可能访问两次总线——性能下降事小，在 ARM 平台上直接抛异常。

1.4 内存单位

常见的单位就那么几个，但混淆的也不少：

注意：硬件厂商（比如硬盘）有时用 1000 进制，软件用 1024 进制。这就是为什么你买的 1TB 硬盘，在操作系统里只显示 931GB 左右——不是缩水，是定义不同。我建议你写代码时始终用 sizeof 和 uint64_t 来避免这种歧义。