大小端模式

Posted 2023-04-13

参考技术A

加3g实验室的艰难之旅，遇到一道这样的实验室面试题：

** 输出结果为2000000 **
原题对a强制转换为int，64位机指针长度为八个字节，所以改为long int。

先来分析一下表达式，a为数组a[0]的地址，强制转换为长整型变为地址的数值后加一，实际为第一个元素的第二字节地址的数值。后转换为一指向整型的指针并赋值给ptr2。整型为4个字节，从第一元素第二字节开始往后读取四个字节，间接访问得出此四个字节代表的数值，并以十六进制输出。

那么问题来了，为什么是2000000，数组的整型元素在内存中是怎么储存的？这四个字节内存的是怎样的二进制数？为什么会这样储存？
经过度娘的帮助，它终于出现了—— 大小端模式 。

大端模式
大端模式是指数据的高位，保存在内存的低地址中，而数据的低位，保存在内存的高地址中。大端模式与我们的阅读习惯相同。

小端模式
小端模式是指数据的高位保存在内存的高地址中，而数据的低位保存在内存的低地址中。

举例
int a=2;
地址：小----->大
在大端模式中，a存为：
0x00 0x00 0x00 0x02
在小端模式中，a存为：
0x02 0x00 0x00 0x00

在计算机系统中，地址是以字节为单位的，每个地址单元都对应着一个字节，一个字节为8bit。但是在C语言中除了一个字节（8bit）的char之外，还有两个字节（16bit）的short型等超过一个字节的数据类型。另外，对于位数大于 8位的处理器，由于寄存器宽度大于一个字节。所以必然存在如何将多个字节安排的问题，因此就有了大端存储模式和小端存储模式。

小说《格列夫游记》中，小人国内部分裂成Big-endian和Little-endian两派，区别在于一派要求从鸡蛋的大头把鸡蛋打破，另一派要求从鸡蛋的小头把鸡蛋打破。斯威夫特借以讽刺英国的政党之争，在计算机工业中指数据储存顺序的分歧。

一个简单的判断数据储存模式为大端模式还是小端模式。

a[5] = 1,2,3,4,5;

第一个元素和第二个元素储存方式
（地址：小--->大）
大端模式下：
0x00 0x00 0x00 0x01 0x00 0x00 0x00 0x02
小端模式下：
0x01 0x00 0x00 0x00 0x02 0x00 0x00 0x00

截取第二个字节到第五个字节
大端模式：
0x00 0x00 0x01 0x00
小端模式：
0x00 0x00 0x00 0x02

读取数据
大端模式：
从高地址往低地址读取
0x00 0x00 0x01 0x00
读取数据转换为十六进制为100
小端模式：
从低地址往高地址读取
0x00 0x00 0x00 0x02
排成大端（0x02 0x00 0x00 0x00）
读取数据转换为十六进制为2000000

所以在大端模式下，结果为100。
在小端模式下，结果为2000000。

学C学得好迷啊，心好累，哈哈哈哈哈。

CPU大小端模式及转换

通信协议中的数据传输、数组的存储方式、数据的强制转换等这些都会牵涉到大小端问题。

CPU的大端和小端模式很多地方都会用到，但还是有许多朋友不知道，今天暂且普及一下。

一、为什么会有大小端模式之分呢？

因为在计算机系统中，我们是以字节为单位的，每个地址单元都对应着一个字节，一个字节为8bit。

但是在C语言中除了8bit的char之外，还有16bit的short型，32bit的int型。另外，对于位数大于8位的处理器，例如16位或者32位的处理器，由于寄存器宽度大于一个字节，那么必然存在着一个如何将多个字节安排的问题。因此就导致了大端存储模式和小端存储模式。

例如一个16bit的short型x，在内存中的地址为0x0010，x的值为0x1122，那么0x11为高字节，0x22为低字节。

对于大端模式，就将0x11放在低地址中，即0x0010中，0x22放在高地址中，即0x0011中。小端模式，刚好相反。

二、什么是大端和小端？

大端模式：是指数据的高字节保存在内存的低地址中，而数据的低字节保存在内存的高地址中。

小端模式：是指数据的高字节保存在内存的高地址中，而数据的低字节保存在内存的低地址中。

假如32位宽（uint32_t）的数据0x12345678，从地址0x08004000开始存放:

再结合一张图进行理解：

从上面表格、图可以看得出来，大小端的差异在于存放顺序不同。

三、数组在大端小端情况下的存储

以unsigned int value = 0x12345678为例，分别看看在两种字节序下其存储情况，我们可以用unsigned char buf[4]来表示value。

1.大端模式下

2.小端模式下

不知道大家对数组进行强制转换成整型数据没有？

如果你要进行强制转换，肯定要考虑大小端问题。

四、大小端谁更好？

小端模式：强制转换数据不需要调整字节内容，1、2、4字节的存储方式一样。

大端模式：符号位的判定固定为第一个字节，容易判断正负。

总结：大端小端没有谁优谁劣，各自优势便是对方劣势。

五、大小端转换

开篇说了，实际应用中，大小端应用的地方很多通信协议、数据存储等。如果字节序不一致，就需要转换。
只要你理解其中原理（高低顺序），转换的方法很多，下面简单列列两个。

1.对于16位字数据

#define BigtoLittle16(A)   (( ((uint16)(A) & 0xff00) >> 8)    |                                        (( (uint16)(A) & 0x00ff) << 8))

2.对于32位字数据

#define BigtoLittle32(A)   ((( (uint32)(A) & 0xff000000) >> 24) |                                        (( (uint32)(A) & 0x00ff0000) >> 8)   |                                        (( (uint32)(A) & 0x0000ff00) << 8)   |                                        (( (uint32)(A) & 0x000000ff) << 24))