1_大端模式和小端模式

轉自-http://blog.csdn.net/hackbuteer1/article/details/7722667

     在 各類計算機體系結構中，對於字節、字等的存儲機制有所不一樣，於是引起了計算機 通訊領 域中一個很重要的問題，即通訊雙方交流的信息單元（比特、字節、字、雙字等等）應該以什麼樣的順序進行傳送。若是不達成一致的規則，通訊雙方將沒法進行正 確的編/譯碼從而致使通訊失敗。目前在各類體系的計算機中一般採用的字節存儲機制主要有兩種：Big-Endian和Little-Endian，下面先從字節序提及。

1、什麼是字節序
字節序，顧名思義字節的順序，再多說兩句就是大於一個字節類型的數據在內存中的存放順序(一個字節的數據固然就無需談順序的問題了)。其實大部分人在實際的開 發中都不多會直接和字節序打交道。惟有在跨平臺以及網絡程序中字節序纔是一個應該被考慮的問題。

在全部的介紹字節序的文章中都會提到字 節序分爲兩類：Big-Endian和Little-Endian，引用標準的Big-Endian和Little-Endian的定義以下：
a) Little-Endian就是低位字節排放在內存的低地址端，高位字節排放在內存的高地址端。
b) Big-Endian就是高位字節排放在內存的低地址端，低位字節排放在內存的高地址端。
c) 網絡字節序：TCP/IP各層協議將字節序定義爲Big-Endian，所以TCP/IP協議中使用的字節序一般稱之爲網絡字節序。

1.1 什麼是高/低地址端
首先咱們要知道C程序映像中內存的空間佈局狀況：在《C專 家編程》中或者《Unix環境高級編程》中有關於內存空間佈局狀況的說明，大體以下圖：
----------------------- 最高內存地址 0xffffffff
棧底
棧
棧頂
-----------------------

NULL (空洞)
-----------------------
堆
-----------------------
未初始 化的數據
----------------------- 統稱數據段
初始化的數據
-----------------------
正 文段(代碼段)
----------------------- 最低內存地址 0x00000000
由圖能夠看出，再內存分佈中，棧是向下增加的，而堆是向上增加的。
以上圖爲例若是咱們在棧 上分配一個unsigned char buf[4]，那麼這個數組變量在棧上是如何佈局的呢？看下圖：
棧底 （高地址）
----------
buf[3]
buf[2]
buf[1]
buf[0]
----------
棧頂 （低地址）
其實，咱們能夠本身在編譯器裏面建立一個數組，而後分別輸出數組種每一個元素的地址，來驗證一下。
1.2 什麼是高/低字節
如今咱們弄清了高/低地址，接着考慮高/低字節。有些文章中稱低位字節爲最低有效位，高位字節爲最高有效位。若是咱們有一個32位無符號整型0x12345678，那麼高位是什麼，低位又是什麼呢？ 其實很簡單。在十進制中咱們都說靠左邊的是高位，靠右邊的是低位，在其餘進制也是如此。就拿 0x12345678來講，從高位到低位的字節依次是0x十二、0x3四、0x56和0x78。
高/低地址端和高/低字節都弄清了。咱們再來回顧 一下Big-Endian和Little-Endian的定義，並用圖示說明兩種字節序：
以unsigned int value = 0x12345678爲例，分別看看在兩種字節序下其存儲狀況，咱們能夠用unsigned char buf[4]來表示value：
Big-Endian: 低地址存放高位，以下圖：
棧底 （高地址）
---------------
buf[3] (0x78) -- 低位
buf[2] (0x56)
buf[1] (0x34)
buf[0] (0x12) -- 高位
---------------
棧頂 （低地址）

Little-Endian: 低地址存放低位，以下圖：
棧底 （高地址）
---------------
buf[3] (0x12) -- 高位
buf[2] (0x34)
buf[1] (0x56)
buf[0] (0x78) -- 低位
--------------
棧 頂 （低地址）

2、各類Endian
2.1 Big-Endian
計算機體系結構中一種描述多字節存儲順序的術語，在這種機制中最重要字節（MSB）存放在最低端的地址 上。採用這種機制的處理器有IBM3700系列、PDP-十、Mortolora微處理器系列和絕大多數的RISC處理器。
+----------+
| 0x34 |<-- 0x00000021
+----------+
| 0x12 |<-- 0x00000020
+----------+
圖 1：雙字節數0x1234以Big-Endian的方式存在起始地址0x00000020中

在Big-Endian中，對於bit序列 中的序號編排方式以下（以雙字節數0x8B8A爲例）：
bit 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15
+-----------------------------------------+
val | 1 0 0 0 1 0 1 1 | 1 0 0 0 1 0 1 0 |
+----------------------------------------+
圖 2：Big-Endian的bit序列編碼方式
2.2 Little-Endian
計算機體系結構中 一種描述多字節存儲順序的術語，在這種機制中最不重要字節（LSB）存放在最低端的地址上。採用這種機制的處理器有PDP-十一、VAX、Intel系列微處理器和一些網絡通訊設備。該術語除了描述多字節存儲順序外還經常用來描述一個字節中各個比特的排放次序。

+----------+
| 0x12 |<-- 0x00000021
+----------+
| 0x34 |<-- 0x00000020
+----------+

圖3：雙字節數0x1234以Little-Endian的方式存在起始地址0x00000020中
　在 Little-Endian中，對於bit序列中的序號編排和Big-Endian恰好相反，其方式以下（以雙字節數0x8B8A爲例）：
bit 15 14 13 12 11 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0
+-----------------------------------------+
val | 1 0 0 0 1 0 1 1 | 1 0 0 0 1 0 1 0 |
+-----------------------------------------+
圖 4：Little-Endian的bit序列編碼方式
注意：一般咱們說的主機序（Host Order）就是遵循Little-Endian規則。因此當兩臺主機之間要經過TCP/IP協議進行通訊的時候就須要調用相應的函數進行主機序 （Little-Endian）和網絡序（Big-Endian）的轉換。
採用 Little-endian模式的CPU對操做數的存放方式是從低字節到高字節，而Big-endian模式對操做數的存放方式是從高字節到低字節。 32bit寬的數0x12345678在Little-endian模式CPU內存中的存放方式（假設從地址0x4000開始存放）爲：
                                          內存地址     0x4000     0x4001     0x4002     0x4003
                                          存放內容     0x78        0x56        0x34         0x12
而在Big- endian模式CPU內存中的存放方式則爲：
                                          內存地址     0x4000     0x4001     0x4002     0x4003
                                          存放內容     0x12         0x34        0x56         0x78
具體的區別以下：


3、Big-Endian和Little-Endian優缺點
Big-Endian優勢：靠首先提取高位字節，你老是能夠由看看在偏移位置爲0的字節來肯定這個數字是 正數仍是負數。你沒必要知道這個數值有多長，或者你也沒必要過一些字節來看這個數值是否含有符號位。這個數值是以它們被打印出來的順序存放的，因此從二進制到十進制的函數特別有效。於是，對於不一樣要求的機器，在設計存取方式時就會不一樣。

Little-Endian優勢：提取一個，兩個，四個或者更長字節數據的彙編指令以與其餘全部格式相同的方式進行：首先在偏移地址爲0的地方提取最低位的字節，由於地址偏移和字節數是一對一的關係，多重精度的數學函數就相對地容易寫了。

若是你增長數字的值，你可能在左邊增長數字（高位非指數函數須要更多的數字）。 所以， 常常須要增長兩位數字並移動存儲器裏全部Big-endian順序的數字，把全部數向右移，這會增長計算機的工做量。不過，使用Little- Endian的存儲器中不重要的字節能夠存在它原來的位置，新的數能夠存在它的右邊的高位地址裏。這就意味着計算機中的某些計算能夠變得更加簡單和快速。
4、請寫一個C函數，若處理器是Big_endian的，則返回0；如果Little_endian的，則返回1。

int checkCPU(void)
{
    union
    {
        int a;
        char b;
    }c;
    c.a = 1;
    return (c.b == 1);
}

剖析：因爲聯合體union的存放順序是全部成員都從低地址開始存放，利用該特性就能夠輕鬆地得到了CPU對內存採用Little- endian仍是Big-endian模式讀寫。
說明：
1  在c中，聯合體（共用體）的數據成員都是從低地址開始存放。
2  如果小端模式，由低地址到高地址c.a存放爲0x01 00 00 00，c.b被賦值爲0x01；
  ————————————————————————————
   地址 0x00000000 0x00000001 0x00000002 0x00000003
   c.a  01         00         00         00
   c.b  01         00        
  ————————————————————————————  
3  如果大端模式，由低地址到高地址c.a存放爲0x00 00 00 01，c.b被賦值爲0x0；
  ————————————————————————————
   地址 0x00000000 0x00000001 0x00000002 0x00000003
   c.a  00         00         00         01
   c.b  00         00                 
  ————————————————————————————  
4  根據c.b的值的狀況就能夠判斷cpu的模式了。

舉例，一個16進制數是 0x11 22 33，其存放的位置是
地址0x3000 中存放11
地址0x3001 中存放22
地址0x3002 中存放33
連起來就寫成地址0x3000-0x3002中存放了數據0x112233
而這種存放和表示方式，正好符合大端。
另一個比較好理解的寫法以下：

bool checkCPU()     // 若是是大端模式，返回真
{
    short int test = 0x1234;

    if( *((char *)&test) == 0x12)     // 低地址存放高字節數據
        return true;
    else
        return false;
}

int main(void)
{
    if( !checkCPU())
        cout<<"Little endian"<<endl;
    else
        cout<<"Big endian"<<endl;

    return 0;
}

或者下面兩種寫法也是能夠的

int main(void)
{
    short int a = 0x1234;
    char *p = (char *)&a;

    if( *p == 0x34)
        cout<<"Little endian"<<endl;
    else
        cout<<"Big endian"<<endl;

    return 0;
}

int main(void)
{
    short int a = 0x1234;
    char x0 , x1;

    x0 = ((char *)&a)[0];
    x1 = ((char *)&a)[1];

    if( x0 == 0x34)
        cout<<"Little endian"<<endl;
    else
        cout<<"Big endian"<<endl;

    return 0;
}