内存和数据表示

8.1 内存

内存 (RAM) 是一组有着独特地址的存储单元。每个单元可以存储不同类型的数据，比如数字、字符和指针。当程序运行时，它会将数据和指令放入内存，以便快速访问。

内存单元示例：

每个单元都有自己的序号，也被称为存储单元地址或地址。如果你的电脑有8G内存，那就有80亿个这样的单元可以存储有用的数据。

位和字节

每个单元可以存储一个字节的信息。每个字节由8位组成，每个位只能是0或1。示例（针对正整数）：

变量占用的字节越多，可以存储的值越多。比如：

• 1字节 — 256个独特值
• 2字节 — 6.5万个独特值
• 3字节 — 1600万个
• 4字节 — 40亿个

8.2 数据在内存中的表示

数据类型和它们的表示

计算机内和内存中的数值数据

• 整数： 以二进制形式存储。大小可以变化（1字节、2字节、4字节）。
• 浮点数： 以浮点表示法存储（例如，4字节和8字节数的IEEE 754格式）。

x = 42  # 整数
y = 3.14  # 浮点数

重要! 在Python中，内建类型int和float是完整的类，可以实现无限长度数字的复杂计算。不过，如果你使用科学计算或AI库，你将遇到我前面提到的那种数据格式。

计算机内存中的字符数据

字符和字符串 在内存中以字节序列形式存储。例如，在ASCII编码中每个字符占用1字节，而UTF-8编码可能占用1到4字节。

在Python 3.x中默认使用UTF-8编码，但你可以读取以其他格式存储文本的文件，或者在网络上传输非UTF-8编码的数据。

示例：

char = 'A'  # 字符
string = "Hello, world!"  # 字符串

在Python中，单个字符没有独立的类型——仍然使用类型str。但在内存中，这些字符串是按字符存储的。一个字符通常占用1到4字节。

指针

指针存储其他内存单元的地址。它们允许程序与动态数据结构交互，更有效地管理内存。

示例：

list = [1, 2, 3, 4]  # 列表
list_pointer = id(list)  # 指向列表开头的指针

8.3 内存中数据表示示例

1. 整数表示

整数以二进制形式（位）存储在内存中。根据数据类型，它们可能占用不同数量的字节。例如，int通常占用4字节（32位）。

如下所示，数字42在内存中的表示：

2. 浮点数（浮点表示法）表示

浮点数（如float类型）在内存中以浮点表示法存储，通常为IEEE 754标准。float通常占用4字节（32位），而double占用8字节（64位）。

重要! 这是与内存和处理器关联的标准数据类型。Python中的float类型相当于常用的double类型，占用8字节。

如下所示，数字3.14在内存中的表示：

3. 字符和字符串表示

字符（如char类型）以字节序列形式存储在内存中。字符串是字符数组。在C/C++语言中，字符串以空字节(\0)结尾，但在Python中不是这样。

如下所示，字符串Hello在内存中的表示：

这又会以0和1的形式表示：

8.4 动态内存地址

动态内存在程序运行时根据需要分配和释放。你在Python中创建的所有对象都创建在这内存中。

它分为两种类型：

堆 (Heap): 从中分配动态对象的内存区域。通过分配（如C中的malloc）和释放（如C中的free）函数管理这块内存。

栈 (Stack): 用于存储局部变量和函数调用数据的内存区域。内存在进入和退出函数时自动分配和释放。

同样，我不能举Python语言的例子，因为它太高层次了。能给一个C语言的例子：

// 为10个整数的数组动态分配内存
int *dynamic_var = (int *)malloc(sizeof(int) * 10); 

// 释放内存
free(dynamic_var);  

地址化内存 是为每个内存单元确定唯一地址的过程。每个地址指向内存中的特定位置，可以包含数据或指令。

地址化类型

物理地址化:直接访问物理内存单元的地址。由硬件（如内存控制器）管理。

虚拟地址化: 使用管理内存的机制，如分页或分段内存，为进程提供隔离和受保护的地址空间。