C语言之什么是大小端，数组大小端，位域大小端，结构体大小端

公众号：嵌入式不难

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理解大小端之前必须明白的三点

1. 内存地址始终以字节为单位
2. 大小端只针对基本数据类型
3. 存在位域的情况下，小端模式下先定义的位域从LSB(最低有效位)开始，大端模式下先定义的位域从MSB(最高有效位)开始

首先解释下以上三点
第一点，内存地址存储的最小数据大小就是字节，例如一个变量char temp的地址0x10000000，temp值为0x55，由于char类型只占用一个字节，那么temp变量就只占用0x10000000这个内存地址，不会占用其他内存地址，那假如变量是个int型呢？占用的字节数可能是4字节，这个时候内存和内存值又是怎么分配的呢？这个有待后面分析。
第二点，大小端只针对基本数据单元类型，那么什么是基本数据类型单元呢，char, int, float, double,那什么不是基本数据类型呢？例如：数组,结构体,联合等等。
第三点，先定义的位域因大小端情况会表示最高位或者最低位。

大小端影响了什么？

当基本数据类型占用字节数超过了1字节后，大小端决定了数据按照什么顺序存储在内存里

既然字节数超过了1个字节才有影响，那么就会一个疑问，char型数据占用字节数为1个字节，那么char型数据在大小端的模式下，会有什么不同吗？答案是没有。

什么是大小端？

1. 大端(Big-Endian):高地址存放低位
2. 小端(Little-Endian):高地址存放高位

这里有几个概念：高地址，低地址，高位，低位，其中高地址，低地址是针对内存地址而言，高位，低位是针对数据类型的bit位的高低而言。

如何根据具体情况分析

分析步骤：

1. 首先找出基本数据类型,明确数据占用字节数以及高位，低位情况
2. 明确变量地址始终指向变量的低地址
3. 根据大小端的特性来套表格

举例：

例1(基本数据类型)：int temp = 0x12345678;

假设 temp 的地址为 0x10000000 ，按照上面的分析步骤来拆分解析

1. int型占用字节数为4字节，将数据按照字节为单位的高位，低位分解如下：0x12(高位),0x34,0x56 ,0x78 (低位)
2. 由1点可知，基本数据类型占用内存为4字节，所以内存地址范围为 0x10000000~ 0x10000003
3. 根据大小端的特性来套表格如下

大端模式

小端模式

例2(数组)：short int temp[2] = {0x1234,0x5678};

假设 temp 的地址为 0x10000000 ，按照上面的分析步骤来拆分解析

1. short int型占用字节数为2字节，将数据按照字节为单位的高位，低位分解如下：0x12(高位),0x34(低位),0x56 (高位),0x78 (低位)
2. 由1点可知，基本数据类型占用内存为2字节，但是由两个元素，所以内存地址范围为 0x10000000~ 0x10000003
3. 根据大小端的特性来套表格如下

大端模式

小端模式

例3(位域结构体)：struct {int b1:1; int b2:2; int b3:3; int b4:4; char b5:5;}temp = {.b1=1, .b2=2, .b3=3, .b4=4, .b5=5 };

假设 temp 的地址为 0x10000000 ，按照上面的分析步骤来拆分解析

1. 首先分析位域情况

大端模式下，假设-表示0，则int值为0xCD000000，char值为0x28

大端下temp的int值位域分布如下

大端下temp的char值位域分布如下

小端模式下，假设-表示0，则int值为0x0000011D，char值为0x05

小端下temp的int值位域分布如下

小端下temp的char值位域分布如下

2. int型占用字节数为4字节，char型占用字节数为1字节

• 大端模式下将数据按照字节为单位的高位，低位分解如下：0xCD(高位),0x00,0x00,0x00(低位),0x28(字节)
• 小端模式下将数据按照字节为单位的高位，低位分解如下：0x00(高位),0x00,0x01,0x1D(低位),0x05(字节)

3. 由1，2点可知，基本数据类型占用内存为4字节+1字节，所以内存地址范围为 0x10000000~ 0x10000004
4. 根据大小端的特性来套表格如下

大端模式

小端模式

实验验证环境属于大端还是小端

测试代码如下:

#include <stdio.h>

int main(int argc, char *argv[])
{
    int temp1 = 0x12345678;
    short int temp2[2] = {0x1234, 0x5678};
    struct{
        int     b1:1;
        int     b2:2;
        int     b3:3;
        int     b4:4;
        int     bn:22;//这里是否需要占位根据编译器而定
        char    b5:5;
        char    bx:3;
    }temp3={.b1=1, .b2=2, .b3=3, .b4=4, .bn=0, .b5=5, .bx=0};

    char *_p1, *_p2;
    int *_p3;

    _p1 = (char *)&temp1;
    if(*_p1==0x12) printf("基本数据类型测试:大端模式\n");
    else if(*_p1==0x78) printf("基本数据类型测试:小端模式\n");
    else printf("基本数据类型测试:测试错误\n");

    _p1 = (char *)&temp2[0];
    _p2 = (char *)&temp2[1];
    if(*_p1==0x12 && *_p2==0x56) printf("数组类型测试:大端模式\n");
    else if(*_p1==0x34 && *_p2==0x78) printf("数组类型测试:小端模式\n");
    else printf("数组类型测试:测试错误\n");

    _p3 = (int *)&temp3;
    _p1 = (char *)&temp3;   
    _p2 = (char *)(_p3+1);
    printf("temp3.int=0x%08X\n", *_p3);
    printf("temp3.char=0x%02X\n", *_p2);
    if(*_p1==0xCD && *_p2==0x28) printf("位域类型测试:大端模式\n");
    else if(*_p1==0x1D && *_p2==0x05) printf("位域类型测试:小端模式\n");
    else printf("位域类型测试:测试错误\n");

    return 0;
}

实验结果如下: