大小端問題

 

By unanao

<sunjianjiao@gmail.com>

 

一、什么是大小端問題

(From《Computer Systems,A Programer's Perspective》)在幾乎所有的機器上，多字節對象被存儲為連續的字節序列，對象的地址為所使用字節序列中最低字節地址。

小端：某些機器選擇在存儲器中按照從最低有效字節到最高有效字節的順序存儲對象，這種最低有效字節在最前面的表示方式被稱為小端法(little endian) 。這樣的存儲模式有點兒類似于把數據當作字符串順序處理：地址由小向大增加，而數據從高位往低位放；

       大端：某些機器則按照從最高有效字節到最低有效字節的順序儲存，這種最高有效字節在最前面的方式被稱為大端法(big endian) 。這種存儲模式將地址的高低和數據位權有效地結合起來，高地址部分權值高，低地址部分權值低，和我們的邏輯方法一致。

 

 舉個例子來說名大小端:  比如一個int x, 地址為0x100, 它的值為0x1234567. 則它所占據的0x100, 0x101, 0x102, 0x103地址組織如下圖:

二、為什么會有大小端模式之分呢？

這是因為在計算機系統中，我們是以字節為單位的，每個地址單元都對應著一個字節，一個字節為 8bit。但是在C語言中除了8bit的char之外，還有16bit的short型，32bit的long型（要看具體的編譯器），另外，對于位數大于 8位的處理器，例如16位或者32位的處理器，由于寄存器寬度大于一個字節，那么必然存在著一個如果將多個字節安排的問題。因此就導致了大端存儲模式和小端存儲模式。例如一個16bit的short型x，在內存中的地址為0x0010，x的值為0x1122，那么0x11為高字節，0x22為低字節。對于 大端模式，就將0x11放在低地址中，即0x0010中，0x22放在高地址中，即0x0011中。小端模式，剛好相反。我們常用的X86結構是小端模 式，而KEIL C51則為大端模式。很多的ARM，DSP都為小端模式。有些ARM處理器還可以由硬件來選擇是大端模式還是小端模式。

 

三、如何區分大小端問題：

方法1：

#include <stdio.h>

 

int main(void)

{

       int i = 1;

       unsigned char *pointer;

 

       pointer = (unsigned char *)&i;

       if(*pointer)

       {

              printf("litttle_endian");

       }

       else

       {

              printf("big endian\n");

       }

 

       return 0;

}

       C中的數據類型都是從內存的低地址向高地址擴展，取址運算"&"都是取低地址。小端方式中（i占至少兩個字節的長度）則i所分配的內存最小地址那個字節中就存著1，其他字節是0。大端的話則1在i的最高地址字節處存放，char是一個字節，所以強制將char型量p指向i，則p指向的一定是i的最低地址，那么就可以判斷p中的值是不是1來確定是不是小端。

 

方法2：

#include <stdio.h>

 

int main(void)

{

       union {

              short a;

              char ch;

       } u;

       u.a = 1;

 

       if (u.ch == 1)

       {

              printf("Littel endian\n");

       }

       else

       {

              printf("Big endian\n");

       }

}

       利用聯合體的特點，數據成員共享內存空間，union中元素的起始地址都是相同的——位于聯合的開始。 用char來截取感興趣的字節。

 

四、需要考慮大小端（字節順序）的情況

1、所寫的程序需要向不同的硬件平臺遷移，說不定哪一個平臺是大端還是小端，為了保證可移植性，一定提前考慮好。

2. 在不同類型的機器之間通過網絡傳送二進制數據時。 一個常見的問題是當小端法機器產生的數據被發送到大端法機器或者反之時，接受程序會發現，字(word)里的字節(byte)成了反序的。為了避免這類問 題，網絡應用程序的代碼編寫必須遵守已建立的關于字節順序的規則，以確保發送方機器將它的內部表示轉換成網絡標準，而接受方機器則將網絡標準轉換為它的內部標準。

3. 當閱讀表示整數的字節序列時。這通常發生在檢查機器級程序時，e.g.：反匯編得到的一條指令：
80483bd: 01 05 64 94 04 08        add %eax, 0x8049464

3. 當編寫強轉的類型系統的程序時。如寫入的數據為u32型，但是讀取的時候卻是char型的。如：0x1234, 大端讀取為12時，小端獨到的是34。

六、提高程序的可移植性

使用宏編譯

#ifdef LITTLE_ENDIAN

//小端的代碼

#else

//大端的代碼

#endif

 

七、大、小端之間的轉換

1、小端轉換為大端

#include <stdio.h>

 

void show_byte(char *addr, int len)

{

       int i;

 

       for (i = 0; i < len; i++)

       {

              printf("%.2x \t", addr[i]);

       }

       printf("\n");

}

 

int endian_convert(int t)

{

       int result;

       int i;

 

       result = 0;

       for (i = 0; i < sizeof(t); i++)

       {

              result <<= 8;

              result |= (t & 0xFF);

              t >>= 8;

       }

 

       return result;

}

 

int main(void)

{

       int i;

       int ret;

 

       i = 0x1234567;

 

       show_byte((char *)&i, sizeof(int));

       ret = endian_convert(i);

       show_byte((char *)&ret, sizeof(int));

 

       return 0;

}