前言

本文以C語言實(shí)現(xiàn)，主要通過例題+說明的模式講解存儲(chǔ)模式：大小端字節(jié)序。

對(duì)于正整數(shù)而言，它的補(bǔ)碼 = 原碼 = 反碼；

對(duì)于負(fù)整數(shù)而言，它的補(bǔ)碼 = 原碼按位取反（就是反碼） + 1；

例如，當(dāng)語句int a = 500被執(zhí)行時(shí)，內(nèi)存中會(huì)開辟 4字節(jié)（即32bit）的空間存儲(chǔ)整數(shù)20的二進(jìn)制補(bǔ)碼（00000000 00000000 0000000111110100）。同時(shí)，我們也知道，內(nèi)存中的每一個(gè)存儲(chǔ)單元的大小為 1字節(jié)（8bit）。

那么此時(shí)問題來了：int a = 500所占的總空間是4字節(jié)，然而每一個(gè)內(nèi)存單元只存的下1字節(jié)的數(shù)據(jù)，換句話說，每一個(gè)整型數(shù)據(jù)需要4個(gè)存儲(chǔ)單元才能存的下——那么，這4個(gè)存儲(chǔ)單元在內(nèi)存中到底是如何分布的呢？

是像數(shù)組一樣，用來存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的4個(gè)內(nèi)存單元彼此之間連續(xù)開辟，還是物理空間上其實(shí)并不連續(xù)、只是解析數(shù)據(jù)時(shí)把4個(gè)單元中的數(shù)據(jù)“拼”到一起，還原出連續(xù)的整型數(shù)呢？

每一個(gè)字節(jié)的數(shù)據(jù)，如何“被安排”存儲(chǔ)空間？

這個(gè)問題，本質(zhì)上是數(shù)據(jù)在內(nèi)存中的存儲(chǔ)模式問題。這就關(guān)系到我們今天要介紹的重點(diǎn)：大端數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模式或小端數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模式（即大端字節(jié)序與小端字節(jié)序）。

我們打開編譯器vs2019的內(nèi)存監(jiān)視，可以從監(jiān)視窗口看到數(shù)值在內(nèi)存中的存儲(chǔ)情況（顯示為16進(jìn)制）。

注意：32位下，

20的16進(jìn)制補(bǔ)碼為：00 00 00 14

-10的十六進(jìn)制補(bǔ)碼為：ff ff ff f6

兩個(gè)16進(jìn)制位恰好是一個(gè)字節(jié)8bit。我們將視圖調(diào)整為每行顯示4個(gè)字節(jié)（即一個(gè)int，這樣看得更清晰），于是可以發(fā)現(xiàn)，在內(nèi)存中數(shù)據(jù)似乎是“倒著存”的。00 00 00 14在內(nèi)存中的存儲(chǔ)顯示為了14 00 00 00.

事實(shí)上，這并不叫做“倒著存”，這正是我們上面提到過的：小端字節(jié)序的存儲(chǔ)模式。在閱讀完本文后，我們就能明白。

一、大小端介紹

當(dāng)一個(gè)數(shù)值的大小超過 1字節(jié) ，那么它要存到內(nèi)存中，字節(jié)與字節(jié)之間就有存儲(chǔ)順序的問題。這個(gè)順序稱之為字節(jié)序。

以int類型為例。

理論上來說，即使存儲(chǔ)一個(gè)int型數(shù)據(jù)的4個(gè)存儲(chǔ)單元不連續(xù)，甚至天南海北，只要最終解析時(shí)能還原成一個(gè)正常的數(shù)即可。但是這么做屬實(shí)沒有必要：計(jì)算機(jī)中存儲(chǔ)肯定是采用最便捷的存儲(chǔ)方式，那就是連續(xù)存儲(chǔ)，一個(gè)整型的4個(gè)字節(jié)空間挨在一塊兒。

這時(shí)要考慮的問題便是，這四個(gè)挨在一塊的存儲(chǔ)空間，是由低地址向高地址存儲(chǔ)，還是由高地址向低地址存儲(chǔ)？

1. 大端字節(jié)序與小端字節(jié)序的概念

小端字節(jié)序：把一個(gè)數(shù)值的低位字節(jié)內(nèi)容存放在低地址處；高位字節(jié)內(nèi)容存放在高地址處。（低位存低地址，高位存高地址）。

大端字節(jié)序：把一個(gè)數(shù)值的低位字節(jié)內(nèi)容存放在高地址處；高位字節(jié)內(nèi)容存放在低地址處。（低位存高地址，高位存低地址）。

例如，要存儲(chǔ)一個(gè)十六進(jìn)制數(shù) 0x11223344。該數(shù)中右端是低數(shù)位，左端是高數(shù)位（類比十進(jìn)制數(shù)，十進(jìn)制數(shù)10里面0是個(gè)位更低，1是十位更高）。

小端存儲(chǔ)情況如下：

小端存儲(chǔ)模式示意

小端存儲(chǔ)模式下，若取出該int型數(shù)據(jù)的首地址內(nèi)容會(huì)發(fā)現(xiàn)，存的其實(shí)是0x44。

而大端存儲(chǔ)情況如下：

大端存儲(chǔ)模式示意

以上就是對(duì)大小端存儲(chǔ)模式的理解。

至于實(shí)際中如何存儲(chǔ)的，還取決于具體編譯器的選擇。現(xiàn)在大部分的編譯器選擇的是小端存儲(chǔ)模式，也就是我們上面看到的“倒著存”。

這時(shí)再參照引言中的例子，應(yīng)該能對(duì)這兩種存儲(chǔ)模式有一個(gè)較好的理解了。

2. 為什么會(huì)有大小端之分？

這是因?yàn)樵谟?jì)算機(jī)系統(tǒng)中，我們以字節(jié)為單位，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8 bit 。但是在 C 語言中，除了 8 bit 的 char 之外，還有 16 bit 的 short 型，32 bit 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)如何將多個(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。

3.一道和字節(jié)序相關(guān)的例題

題干

在小端機(jī)器中，下面代碼輸出的結(jié)果是：

#include <stdio.h>
int main()
{
	int a = 0x11223344;
    char *pc = (char*)&a;
    *pc = 0;
    printf("%x\n", a);
    return 0;
}

思路

本題中的數(shù)值與我們上面討論的數(shù)值一樣，應(yīng)該不難理解：

1. char*類型的指針變量pc指向的只能指向char類型的空間。如果是非char類型的空間，則必須將該空間的地址強(qiáng)轉(zhuǎn)為char*類型。

2. char *pc = (char*)&a; pc實(shí)際指向的是整形變量a的空間，即指針pc里放的是0x00405090，指向的值即0x44。

3. *pc=0，關(guān)鍵一步：究竟是將哪個(gè)存儲(chǔ)單元中的值置零了？由首個(gè)單元中存儲(chǔ)的內(nèi)容可知，將0x44位置中內(nèi)容改為了0。修改完成之后，a中內(nèi)容為：0x11223300 （數(shù)值書寫肯定是高數(shù)位在左，低數(shù)位在右）

二、如何設(shè)計(jì)一個(gè)小程序判斷當(dāng)前機(jī)器的字節(jié)序

百度2015年系統(tǒng)工程師筆試題

題干

請(qǐng)簡(jiǎn)述大端字節(jié)序和小端字節(jié)序的概念，設(shè)計(jì)一個(gè)小程序來判斷當(dāng)前機(jī)器的字節(jié)序。（ 10 分）

解題

概念部分同上，在此不再贅述。

代碼部分：

1. 要檢測(cè)某一機(jī)器是大端還是小端其實(shí)并不難，我們可以直接用int類型的1來檢測(cè)。

2. 1在內(nèi)存中的二進(jìn)制補(bǔ)碼為：00000000000000000000000000000001

也就是說，我們只需要把首個(gè)內(nèi)存單元的值取出來看看是0還是1，就能判斷它是大端還是小端。

因?yàn)槿绻谴蠖耍瑒t“高數(shù)位存在低地址”，我們?nèi)〕鲎畹偷刂返闹担瑧?yīng)當(dāng)是最高數(shù)位上的數(shù)00000000；而若是小端，則“低數(shù)位存在低地址”，依然取出最低地址的值，應(yīng)當(dāng)是00000001

依照該思路，有以下代碼：

#include <stdio.h>
int check_sys()
{
     int i = 1;
     return (*(char *)&i);
}
int main()
{
     int ret = check_sys();
     if(ret == 1)
     {
         printf("小端\n");
     }
     else
     {
         printf("大端\n");
     }
    return 0; 
}

當(dāng)然，也可以用共用體來實(shí)現(xiàn)檢查，這是更為便捷的一種方式：

int check_sys()
{
     union
     {
         int i;
         char c;
     }un;
     un.i = 1;
    return un.c; 
}