清晰解读C语言中的比特序、字节序、位域、大小端

一、比特序/位序

比特序表示一个字节中8个比特位（bit）之间的顺序问题。分为LSB 0 位序和MSB 0 位序。

LSB:最低有效位 MSB:最高有效位

LSB(least significant bit) 0位序：数据的最低位存放在字节的第0位。

MSB (most significant bit) 0位序：数据的最高位存放在字节的第0位。

例如有一个十进制的数为174，对应的二进制数为1010 1110.

1.在LSB 0 位序下，其存储形式如下图：

数据流的顺序为0-1-1-1-0-1-0-1

2.在MSB 0 位序下，其存储形式如下图：

数据流的顺序为1-0-1-0-1-1-1-0

CPU存储数据操作的最小单位是一个字节（Byte），其内部的比特序对程序员并不可见。

二、字节序和大小端

只有多字节数据存储时才会考虑大小端。

数据的高字节保存在内存的低地址，称为大端模式（大端序）。

数据的高字节保存在内存的高地址，称为小端模式（小端序）。

对于大端模式，一个占有4个字节类型的数据0x00112233在内存中如下分布：

对于小端模式，数据0x00112233在内存中如下分布：

常见CPU的字节序：

大小端各有优势：小端模式强制转换类型时不需要调整字节内容，直接截取低字节即可；大端模式由于符号位为第一个字节，很方便判断正负。如果判断不出当前系统的大小端模式，可用以下2种方法进行判断：

1.通过强制类型转换截断

bool IsBigEndian(void)
{
    uint16_t a = 0x1234;
    uint8_t b = *(char*)&a;
    if(0x12 == b)
    {
        return true;
    }
    return false;
}

2.利用联合共享内存的特性，截取低地址部分

union NUM
{
    uint16_t a;
    uint8_t b;
}num;

bool IsBigEndian(void)
{
    num.a = 0x1234;
    if(0x12 == num.b)
    {
        return true;
    }
    return false;
}

计算机在内存中存放数据的顺序都是从低地址到高地址，大小端的差异只是体现在首先取低字节的数据存放在低地址还是取高字节的数据存放在低地址；此外大小端只是数据在存储时的表现，而非在寄存器中参与运算的表现。

字节序为小端序的CPU通常位序为LSB，而字节序为大端序的CPU采用的位序既有MSB，也有LSB。

三、位域

位域的写入顺序和当前系统字节序有关：先定义的位域在大端环境从MSB开始分配。如果为小端环境则先定义的位域从LSB开始分配。

对于下述代码的结构体：

struct bitfield
{
    uint8_t a:1;
    uint8_t b:2;
    uint8_t c:3;
    uint8_t d:2;
}bf;
bf.a = 1;
bf.b = 2;
bf.c = 3;
bf.d = 3;

对于大端，位域的写入顺序为：

对于小端，位域的写入顺序为：