详解大端模式和小端模式

详解大端模式和小端模式

标签（空格分隔）： 面向对象技术与C++

参考：/article/1361322.html，有部分删减

一、大端模式和小端模式的起源

关于大端小端名词的由来，有一个有趣的故事，来自于Jonathan Swift的《格利佛游记》：Lilliput和Blefuscu这两个强国在过去的36个月中一直在苦战。战争的原因：大家都知道，吃鸡蛋的时候，原始的方法是打破鸡蛋较大的一端，可以那时的皇帝的祖父由于小时侯吃鸡蛋，按这种方法把手指弄破了，因此他的父亲，就下令，命令所有的子民吃鸡蛋的时候，必须先打破鸡蛋较小的一端，违令者重罚。然后老百姓对此法令极为反感，期间发生了多次叛乱，其中一个皇帝因此送命，另一个丢了王位，产生叛乱的原因就是另一个国家Blefuscu的国王大臣煽动起来的，叛乱平息后，就逃到这个帝国避难。据估计，先后几次有11000余人情愿死也不肯去打破鸡蛋较小的端吃鸡蛋。这个其实讽刺当时英国和法国之间持续的冲突。Danny Cohen一位网络协议的开创者，第一次使用这两个术语指代字节顺序，后来就被大家广泛接受。

二、什么是大端和小端

Big-Endian和Little-Endian的定义如下：

Little-Endian就是低位字节排放在内存的低地址端，高位字节排放在内存的高地址端。

Big-Endian就是高位字节排放在内存的低地址端，低位字节排放在内存的高地址端。

举一个例子，比如数字0x12 34 56 78在内存中的表示形式为：

1)大端模式：

低地址 —————–> 高地址

0x12 | 0x34 | 0x56 | 0x78

2)小端模式：

低地址 ——————> 高地址

0x78 | 0x56 | 0x34 | 0x12

可见，大端模式和字符串的存储模式类似。

3)下面是两个具体例子：

16bit宽的数0x1234在Little-endian模式（以及Big-endian模式）CPU内存中的存放方式（假设从地址0x4000开始存放）为：

内存地址	小端模式存放内容	大端模式存放内容
0x4000	0x34	0x12
0x4001	0x12	0x34

32bit宽的数0x12345678在Little-endian模式以及Big-endian模式）CPU内存中的存放方式（假设从地址0x4000开始存放）为：

内存地址	小端模式存放内容	大端模式存放内容
0x4000	0x78	0x12
0x4001	0x56	0x34
0x4002	0x34	0x56
0x4003	0x12	0x78

4)大端小端没有谁优谁劣，各自优势便是对方劣势：

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。

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：

Big-Endian: 低地址存放高位，如下：

高地址

　　—————

　　buf[3] (0x78) – 低位

　　buf[2] (0x56)

　　buf[1] (0x34)

　　buf[0] (0x12) – 高位

　　—————

低地址

Little-Endian: 低地址存放低位，如下：

高地址

　　—————

　　buf[3] (0x12) – 高位

　　buf[2] (0x34)

　　buf[1] (0x56)

　　buf[0] (0x78) – 低位

　　————–

低地址

四、为什么会有大小端模式之分呢？

这是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long型（要看具体的编译器），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果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。

我们常用的X86结构是小端模式，而KEIL C51则为大端模式。很多的ARM，DSP都为小端模式。有些ARM处理器还可以由硬件来选择是大端模式还是小端模式。

五、如何判断机器的字节序

可以编写一个小的测试程序来判断机器的字节序：

BOOL IsBigEndian()
{
int a = 0x1234;
char b =  *(char *)&a;  //通过将int强制类型转换成char单字节，通过判断起始存储位置。即等于 取b等于a的低地址部分
if( b == 0x12)
{
return TRUE;
}
return FALSE;
}

联合体union的存放顺序是所有成员都从低地址开始存放，利用该特性可以轻松地获得了CPU对内存采用Little-endian还是Big-endian模式读写：

BOOL IsBigEndian()
{
union NUM
{
int a;
char b;
}num;
num.a = 0x1234;
if( num.b == 0x12 )
{
return TRUE;
}
return FALSE;
}

六、常见的字节序

一般操作系统都是小端，而通讯协议是大端的。

6.1 常见CPU的字节序

Big Endian : PowerPC、IBM、Sun

Little Endian : x86、DEC

ARM既可以工作在大端模式，也可以工作在小端模式。

6.2 常见文件的字节序

Adobe PS – Big Endian

BMP – Little Endian

DXF(AutoCAD) – Variable

GIF – Little Endian

JPEG – Big Endian

MacPaint – Big Endian

RTF – Little Endian

另外，Java和所有的网络通讯协议都是使用Big-Endian的编码。

七、如何进行转换

对于字数据（16位）：

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

对于双字数据（32位）：

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