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:1) 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。
2) 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:
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:
大端:容易判断正负(offset(0));ps:通常情况下,ARM是大端模式;X86是小端模式;
小端:易于进行数据类型转换,1、2、4字节的存储方式一样。
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。
网络字节序:TCP/IP各层协议将字节序定义为Big-Endian,因此TCP/IP协议中使用的字节序通常称之为网络字节序。
网络字节顺序是“所见即所得”的顺序。而Intel类型的CPU的字节顺序与此相反。
比如上面的 shortB=0102H(十六进制,每两位表示一个字节的宽度)。所见到的是“0102”,按一般数学常识,数轴从左到右的方向增加,即内存地址从左到右增加的话,在内存中这个short B的字节顺序是:
01 02
这就是网络字节顺序。所见到的顺序和在内存中的顺序是一致的!
在C语言中,不同于结构体,共用体(联合体)中的几种不同类型的变量存放在同一段内存单元中。利用这一特点,可以用联合体变量判断ARM或x86环境下,存储系统是是大端还是小端模式。
五、如何判断机器的字节序
可以使用程序判断CPU模式是大端还是小端