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(jī)器上，多字節(jié)對(duì)象被存儲(chǔ)為連續(xù)的字節(jié)序列，對(duì)象的地址為所使用字節(jié)序列中最低字節(jié)地址。

小端：某些機(jī)器選擇在存儲(chǔ)器中按照從最低有效字節(jié)到最高有效字節(jié)的順序存儲(chǔ)對(duì)象，這種最低有效字節(jié)在最前面的表示方式被稱為小端法(little endian) 。這樣的存儲(chǔ)模式有點(diǎn)兒類似于把數(shù)據(jù)當(dāng)作字符串順序處理：地址由小向大增加，而數(shù)據(jù)從高位往低位放；

       大端：某些機(jī)器則按照從最高有效字節(jié)到最低有效字節(jié)的順序儲(chǔ)存，這種最高有效字節(jié)在最前面的方式被稱為大端法(big endian) 。這種存儲(chǔ)模式將地址的高低和數(shù)據(jù)位權(quán)有效地結(jié)合起來，高地址部分權(quán)值高，低地址部分權(quán)值低，和我們的邏輯方法一致。

 

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

二、為什么會(huì)有大小端模式之分呢？

這是因?yàn)樵谟?jì)算機(jī)系統(tǒng)中，我們是以字節(jié)為單位的，每個(gè)地址單元都對(duì)應(yīng)著一個(gè)字節(jié)，一個(gè)字節(jié)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(duì)于位數(shù)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(gè)字節(jié)，那么必然存在著一個(gè)如果將多個(gè)字節(jié)安排的問題。因此就導(dǎo)致了大端存儲(chǔ)模式和小端存儲(chǔ)模式。例如一個(gè)16bit的short型x，在內(nèi)存中的地址為0x0010，x的值為0x1122，那么0x11為高字節(jié)，0x22為低字節(jié)。對(duì)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(jié)構(gòu)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(qū)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(shù)據(jù)類型都是從內(nèi)存的低地址向高地址擴(kuò)展，取址運(yùn)算"&"都是取低地址。小端方式中（i占至少兩個(gè)字節(jié)的長(zhǎng)度）則i所分配的內(nèi)存最小地址那個(gè)字節(jié)中就存著1，其他字節(jié)是0。大端的話則1在i的最高地址字節(jié)處存放，char是一個(gè)字節(jié)，所以強(qiáng)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(lián)合體的特點(diǎn)，數(shù)據(jù)成員共享內(nèi)存空間，union中元素的起始地址都是相同的——位于聯(lián)合的開始。 用char來截取感興趣的字節(jié)。

 

四、需要考慮大小端（字節(jié)順序）的情況

1、所寫的程序需要向不同的硬件平臺(tái)遷移，說不定哪一個(gè)平臺(tái)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(jī)器之間通過網(wǎng)絡(luò)傳送二進(jìn)制數(shù)據(jù)時(shí)。 一個(gè)常見的問題是當(dāng)小端法機(jī)器產(chǎn)生的數(shù)據(jù)被發(fā)送到大端法機(jī)器或者反之時(shí)，接受程序會(huì)發(fā)現(xiàn)，字(word)里的字節(jié)(byte)成了反序的。為了避免這類問 題，網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用程序的代碼編寫必須遵守已建立的關(guān)于字節(jié)順序的規(guī)則，以確保發(fā)送方機(jī)器將它的內(nèi)部表示轉(zhuǎn)換成網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)，而接受方機(jī)器則將網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)轉(zhuǎn)換為它的內(nèi)部標(biāo)準(zhǔn)。

3. 當(dāng)閱讀表示整數(shù)的字節(jié)序列時(shí)。這通常發(fā)生在檢查機(jī)器級(jí)程序時(shí)，e.g.：反匯編得到的一條指令：
80483bd: 01 05 64 94 04 08        add %eax, 0x8049464

3. 當(dāng)編寫強(qiáng)轉(zhuǎn)的類型系統(tǒng)的程序時(shí)。如寫入的數(shù)據(jù)為u32型，但是讀取的時(shí)候卻是char型的。如：0x1234, 大端讀取為12時(shí)，小端獨(dú)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(zhuǎn)換

1、小端轉(zhuǎn)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;

}