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操作系统之大端小端

2023-05-16

1. 什么是大端,什么是小端:

所谓的大端模式，是指数据的低位保存在内存的高地址中，而数据的高位，保存在内存的低地址中；

所谓的小端模式，是指数据的低位保存在内存的低地址中，而数据的高位保存在内存的高地址中。（大部分的操作系统都是小端，而通讯协议是大端）

2.为什么会有大小端:

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。

3.大小端在内存中的存放方式举例:

16bit宽的数0x1234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
0x40000x340x12
0x40010x120x34

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
0x40000x780x12
0x40010x560x34
0x40020x340x56
0x40030x120x78

可以看出来小端模式，读取内存就可以得到相应数字，无需调整结构，而大端需要调整结构，但是大端可以最先读到正负符号，快速得知该数字是正数还是负数。

验证一下~：

#include <iostream>
using namespace std;

void IsBigEndian()
{
        int a = 0x1234;
        char b =  *(char *)&a;  //通过将int强制类型转换成char单字节，通过判断起始存储位置。即等于 取b等于a的低地址部分
        if( b == 0x12)
        {
           cout<<"big endian"<<endl;
           return;
        }
        cout<<"small endian"<<endl;
        return;
}

int main()
{
 IsBigEndian();
}

 

 

4.扩展

【大端(Big Endian)与小端(Little Endian)简介】
Byte Endian是指字节在内存中的组织，所以也称它为Byte Ordering，或Byte Order。
     对于数据中跨越多个字节的对象， 我们必须为它建立这样的约定:


(1) 它的地址是多少?
(2) 它的字节在内存中是如何组织的?


    针对第一个问题，有这样的解释:
    对于跨越多个字节的对象，一般它所占的字节都是连续的，它的地址等于它所占字节最低地址。(链表可能是个例外， 但链表的地址可看作链表头的地址)。
    比如: int x， 它的地址为0×100。 那么它占据了内存中的Ox100， 0×101， 0×102， 0×103这四个字节（32位系统，所以int占用4个字节）。
    上面只是内存字节组织的一种情况: 多字节对象在内存中的组织有一般有两种约定。 考虑一个W位的整数。
    它的各位表达如下:[Xw-1， Xw-2， ... ， X1， X0],它的
    MSB (Most Significant Byte， 最高有效字节)为 [Xw-1， Xw-2， ... Xw-8];
    LSB (Least Significant Byte， 最低有效字节)为 [X7，X6，...， X0]。
    其余的字节位于MSB， LSB之间。

 

LSB和MSB谁位于内存的最低地址， 即谁代表该对象的地址?
这就引出了大端(Big Endian)与小端(Little Endian)的问题。
如果LSB在MSB前面， 既LSB是低地址， 则该机器是小端; 反之则是大端。
DEC (Digital Equipment Corporation，现在是Compaq公司的一部分)和Intel的机器（X86平台）一般采用小端。
IBM， Motorola(Power PC)， Sun的机器一般采用大端。
当然，这不代表所有情况。有的CPU即能工作于小端， 又能工作于大端， 比如ARM， Alpha，摩托罗拉的PowerPC。 具体情形参考处理器手册。
具体这类CPU是大端还是小端，应该和具体设置有关。
（如，Power PC支持little-endian字节序，但在默认配置时是big-endian字节序）
一般来说，大部分用户的操作系统（如windows, FreeBsd,Linux）是Little Endian的。少部分，如MAC OS ,是Big Endian 的。
所以说，Little Endian还是Big Endian与操作系统和芯片类型都有关系。

Linux系统中，你可以在/usr/include/中（包括子目录）查找字符串BYTE_ORDER(或
_BYTE_ORDER, __BYTE_ORDER)，确定其值。BYTE_ORDER中文称为字节序。这个值一般在endian.h或machine/endian.h文件中可以找到,有时在feature.h中，不同的操作系统可能有所不同。

对于一个数0×1122
使用Little Endian方式时，低字节存储0×22，高字节存储0×11
而使用Big Endian方式时, 低字节存储0×11, 高字节存储0×22

经一网友指正,才知道,上面的描述,是不准确的.

想了下,觉得如下描述可能更合适:

使用Little Endian方式存储数据时,数据的LSB相对最没意义的数据位,存放在低地址位置,这里的LSB也就是22了.也即,

低地址存储0×22, 高地址存储0×11

而使用Big Endian方式存储数据时,数据的MSB最有意义的数据位,存放在低地址位置,这里的MSB也就是11了.也即

低地址存储0×11, 高地址存储0×22

助记:

1)所谓MSB (Most Significant Byte),名字很复杂,不知是否有人没搞懂,反正我开始看到这个词时候,就很糊涂,有点不完全理解.其实简单说MSB就是,一个数字中,最重要的那位,

举例来说,12004,中文读作,一万两千零四,那最高位的1,就表示了一万,此处就称作MSB,最有意义的位.

2)一般常见的数据存储,用文字写出来的时候,其内容书写格式,多数是从低地址到高地址.（更符合人类思维的原因）

举例,一个16进制数是 0×11 22 33, 而存放的位置是

地址0×3000 中存放11

地址0×3001 中存放22

地址0×3002 中存放33

连起来就写成地址0×3000-0×3002中存放了数据0×112233.

而这种存放和表示方式,正好符合大端.

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