地址是假的？
在C語言中，指針變量的值就是一個內存地址，&運算符的作用也是取變量的內存地址，請看下面的代碼：
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
int a = 1, b = 255;
int main(){
int *pa = &a;
printf("pa = %#X, &b = %#X\n", pa, &b);
system("pause");
return 0;
}
在 C-Free 5.0 下運行，結果為：
pa = 0X402000, &b = 0X402004
代碼中的 a、b 是全局變量，它們的內存地址在鏈接時就已經決定了，以后再也不能改變，該程序無論在何時運行，結果都是一樣的。
那么問題來了，如果物理內存中的這兩個地址被其他程序占用了怎么辦，我們的程序豈不是無法運行了？
幸運的是，這些內存地址都是假的，不是真實的物理內存地址，而是虛擬地址。虛擬地址通過CPU的轉換才能對應到物理地址，而且每次程序運行時，操作系統都會重新安排虛擬地址和物理地址的對應關系，哪一段物理內存空閑就使用哪一段。如下圖所示：
虛擬地址
虛擬地址的整個想法是這樣的：把程序給出的地址看做是一種虛擬地址（Virtual Address），然后通過某些映射的方法，將這個虛擬地址轉換成實際的物理地址。這樣，只要我們能夠妥善地控制這個虛擬地址到物理地址的映射過程，就可以保證程序每次運行時都可以使用相同的地址。
例如，上面代碼中變量 a 的地址是 0X402000，第一次運行時它對應的物理內存地址可能是 0X12ED90AA，第二次運行時可能又對應 0XED90，而我們的程序不需要關心這些，這些繁雜的內存管理工作交給操作系統處理即可。
讓我們回到程序的運行本質上來。用戶程序在運行時不希望介入到這些復雜的內存管理過程中，作為普通的程序，它需要的是一個簡單的執行環境，有自己的內存，有自己的CPU，好像整個程序占有整個計算機而不用關心其他的程序。
除了在編程時可以使用固定的內存地址，給程序員帶來方便外，使用虛擬地址還能夠使不同程序的地址空間相互隔離，提高內存使用效率。
使不同程序的地址空間相互隔離
如果所有程序都直接使用物理內存，那么程序所使用的地址空間不是相互隔離的。惡意程序可以很容易改寫其他程序的內存數據，以達到破壞的目的；有些非惡意、但是有 Bug 的程序也可能會不小心修改其他程序的數據，導致其他程序崩潰。
這對於需要安全穩定的計算機環境的用戶來說是不能容忍的，用戶希望他在使用計算機的時候，其中一個任務失敗了，至少不會影響其他任務。
使用了虛擬地址后，程序A和程序B雖然都可以訪問同一個地址，但它們對應的物理地址是不同的，無論如何操作，都不會修改對方的內存。
提高內存使用效率
使用虛擬地址后，操作系統會更多地介入到內存管理工作中，這使得控制內存權限成為可能。例如，我們希望保存數據的內存沒有執行權限，保存代碼的內存沒有修改權限，操作系統占用的內存普通程序沒有讀取權限等。
另外，當物理內存不足時，操作系統能夠更加靈活地控制換入換出的粒度，磁盤 I/O 是非常耗時的工作，這能夠從很大程度上提高程序性能。
以上兩點我們將在《內存分頁機制》和《內存分頁機制的實現》中進行詳細講解。這里先放一張圖，這個就是內存分頁機制的基本原理了。
中間層思想
在計算機中，為了讓操作更加直觀、易於理解、增強用戶體驗，開發者經常會使用一件法寶——增加中間層，即使用一種間接的方式來屏蔽復雜的底層細節，只給用戶提供簡單的接口。虛擬地址是使用中間層的一個典型例子。
實際上，計算機的整個發展過程就是不斷引入新的中間層：
計算機的早期，程序都是直接運行在硬件之上，自己負責硬件的管理工作；程序員也使用二進制進行編程，需要處理各種邊界條件和安全問題。
后來人們不能忍受了，於是開發出了操作系統，讓它來管理各種硬件，同時發明了匯編語言，減輕程序員的負擔。
隨着軟件規模的不斷增大，使用匯編語言編程開始變得捉襟見肘，不僅學習成本高，開發效率也很低，於是C語言誕生了。C語言編譯器先將C代碼翻譯為匯編代碼，再由匯編器將匯編代碼翻譯成機器指令。
隨着計算機的發展，硬件越來越強大，軟件越來越復雜，人們又不滿足於使用C語言了，於是 C++、Java、C#、PHP 等現代化的編程語言誕生了。