大端与小端存储模式详解及使用

端模式(Endian)的这个词出自Jonathan Swift书写的《格列佛游记》。这本书根据将鸡蛋敲开的方法不同将所有的人分为两类,**从圆头开始将鸡蛋敲开的人被归为Big Endian,从尖头开始将鸡蛋敲开的人被归为Littile Endian(这句话最为形象)。**小人国的内战就源于吃鸡蛋时是究竟从大头(Big-Endian)敲开还是从小头(Little-Endian)敲开。在计算机业Big Endian和Little Endian也几乎引起一场战争。在计算机业界,Endian表示数据在存储器中的存放顺序。下文举例说明在计算机中大小端模式的区别。

如果将一个32位的整数0x12345678存放到一个整型变量(int)中,这个整型变量采用大端或者小端模式在内存中的存储由下表所示。为简单起见,本文使用OP0表示一个32位数据的最高字节MSB(Most Significant Byte),使用OP3表示一个32位数据最低字节LSB(Least Significant Byte)。

地址偏移大端模式小端模式
0x0012(OP0)78(OP3)
0x0134(OP1)56(OP2)
0x0256(OP2)34(OP1)
0x0378(OP3)12(OP0)
  • 小端:较高的有效字节存放在较高的的存储器地址较低的有效字节存放在较低的存储器地址

  • 大端:较高的有效字节存放在较低的存储器地址较低的有效字节存放在较高的存储器地址

    如果将一个16位的整数0x1234存放到一个短整型变量(short)中。这个短整型变量在内存中的存储在大小端模式由下表所示。

地址偏移大端模式小端模式
0x0012(OP0)34(OP1)
0x0134(OP1)12(OP0)
  • 对比横向图解:
    在这里插入图片描述

由上表所知,采用大小模式对数据进行存放的主要区别在于在存放的字节顺序,大端方式将高数据位存放在低地址,小端方式将高数据位存放在高地址。采用大端方式进行数据存放符合人类的正常思维,而采用小端方式进行数据存放利于计算机处理。到目前为止,采用大端或者小端进行数据存放,其孰优孰劣也没有定论。

有的处理器系统采用了小端方式进行数据存放,如Intel的奔腾。有的处理器系统采用了大端方式进行数据存放,如IBM半导体和Freescale的PowerPC处理器。不仅对于处理器,一些外设的设计中也存在着使用大端或者小端进行数据存放的选择。

因此在一个处理器系统中,有可能存在大端和小端模式同时存在的现象。这一现象为系统的软硬件设计带来了不小的麻烦,这要求系统设计工程师,必须深入理解大端和小端模式的差别。大端与小端模式的差别体现在一个处理器的寄存器,指令集,系统总线等各个层次中。

  • 用函数判断系统是Big Endian还是Little Endian

方法一:

//如果字节序为big-endian,返回true;  
//反之为   little-endian,返回false  

bool IsBig_Endian()
{
    unsigned short test = 0x1234;
    if(*( (unsigned char*) &test ) == 0x12)
       return TRUE;
   else
       return FALSE;
}//IsBig_Endian()

方法二:

int checkCPUendian()//返回1,为小端;反之,为大端;
{
    union
    {
        unsigned int  a;
        unsigned char b;
    }c;
    c.a = 1;
    return 1 == c.b;
}
  • 字节序的使用:
    大端模式处理器的字节序到网络字节序不需要转换,此时ntohs(n)=n,ntohl =n;而小端模式处理器的字节序到网络字节必须要进行转换(同理,有时候需要将大端字节顺序转换成小端字节顺序,也用这个函数,因为这个函数本来就是用来颠倒字节顺序的),转换如下:
#if defined(BIG_ENDIAN) && !defined(LITTLE_ENDIAN)
   #define htons(A)  (A)
   #define htonl(A)  (A)
   #define ntohs(A)  (A)
   #define ntohl(A)  (A)
 
#elif defined(LITTLE_ENDIAN) && !defined(BIG_ENDIAN)
   #define htons(A)  ((((uint16_t)(A) & 0xff00) >> 8 ) | \\
                      (((uint16_t)(A) & 0x00ff) << 8 ))
   #define htonl(A)  ((((uint32_t)(A) & 0xff000000) >> 24)  | \\
                      (((uint32_t)(A) & 0x00ff0000) >> 8 )  | \\
                      (((uint32_t)(A) & 0x0000ff00) << 8 )  | \\
                      (((uint32_t)(A) & 0x000000ff) << 24))
   #define ntohs     htons
   #define ntohl     htohl
#else
   #error Either BIG_ENDIAN or LITTLE_ENDIAN must be #defined, but not both.
#endif

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