之前文章《淺談ARM ABI沐绒，Android ABI》中有提到計劃專門一篇文章講下大小端任内，今天兌現(xiàn)一下。

1>"大端" "小端"的來源

關(guān)于大端小端名詞的由來，網(wǎng)傳有一個有趣的故事捏悬，可以追溯到1726年的Jonathan Swift的《格列佛游記》悼瓮，其中一篇講到有兩個國家因?yàn)槌噪u蛋究竟是先打破較大的一端還是先打破較小的一端而爭執(zhí)不休，甚至爆發(fā)了戰(zhàn)爭仍律。

《格利佛游記》：“Lilliput和Blefuscu這兩個強(qiáng)國在過去的36個月中一直在苦戰(zhàn)。戰(zhàn)爭的原因是：我們都知道实柠，吃雞蛋的時候水泉，原始的方法是打破雞蛋較大的一端，可是那時的皇帝的祖父由于小時侯吃雞蛋窒盐，按這種方法把手指弄破了草则，因此他的父親，就下令蟹漓，命令所有的子民吃雞蛋的時候炕横，必須先打破雞蛋較小的一端，違令者重罰葡粒。然后老百姓對此法令極為反感份殿，由此發(fā)生了多次叛亂，產(chǎn)生叛亂的原因就是另一個國家Blefuscu的國王大臣煽動起來的嗽交。叛亂平息后卿嘲，流亡的人就逃到這個帝國避難。據(jù)估計夫壁，先后幾次有11000余人情愿si也不肯去打破雞蛋較小的端吃雞蛋拾枣。”

Swift的《格列佛游記》其實(shí)是在諷刺當(dāng)時英國(Lilliput)和法國(Blefuscu)之間持續(xù)的沖突盒让。

現(xiàn)在以大端梅肤、小端的命名Big-Endian、Little-Endian看邑茄，確實(shí)也符合雞蛋的特征姨蝴，一切源于生活。

2> 計算機(jī)中“大端”“小端”是指什么

大端小端真正引入計算機(jī)領(lǐng)域肺缕，是來自于一位網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的早期開創(chuàng)者Danny Cohen左医，他第一次使用這兩個術(shù)語指代字節(jié)順序，后來慢慢被大家廣泛接受搓谆。

字節(jié)順序說的到底是什么炒辉，先復(fù)習(xí)一個基礎(chǔ)知識：

位(bit)：計算機(jī)中的最小數(shù)據(jù)單位，計算機(jī)存儲的都是二進(jìn)制0和1這兩個鬼泉手。

字節(jié)(Byte)：字節(jié)是存儲空間的基本計量單位黔寇，也是內(nèi)存的基本單位，也是編址單位斩萌。例如缝裤，一個計算機(jī)的內(nèi)存是4GB屏轰，就是該計算機(jī)的內(nèi)存中共有4×1024×1024×1024個字節(jié)，意味著它有4G的內(nèi)存尋址空間憋飞。

換算關(guān)系：

1 GB = 1024 MB

1 MB = 1024 KB

1 KB = 1024 Bytes

1 Byte = 8 bits

【Q】：思考一個問題霎苗，通常描述32位二進(jìn)制數(shù)據(jù)，為什么是用8個十六進(jìn)制數(shù)呢榛做？如0x1A2B3C4D

【A】：十六進(jìn)制(hex)是一種逢16進(jìn)1的進(jìn)位制唁盏。十六進(jìn)制的數(shù)碼有1，2检眯，3厘擂，4，5锰瘸，6刽严，7，8避凝，9舞萄，A(10),B(11),C(12),D(13),E(14),F(15)。

第一種理解：

4個二進(jìn)制bit 表示的數(shù)值范圍是從0000_{1111管削，即0}15, 剛好等同于 一位 16進(jìn)制數(shù)的數(shù)值范圍0~F(15)倒脓。

所以可以類推得出：

1Byte = 8bit；即1個字節(jié)包含8個二進(jìn)制bit佩谣，8個二進(jìn)制bit對應(yīng)需要2位十六進(jìn)制數(shù)來表示(最大值為 0xFF)把还；

4Byte = 32bit; 即4個字節(jié)包含32個二進(jìn)制bit实蓬，32個二進(jìn)制bit對應(yīng)需要8位十六進(jìn)制數(shù)來表示茸俭；(最大值為 0xFFFFFFFF)；

第二種理解：

因?yàn)?6=2^4(2的4次方)安皱，所以1位十六進(jìn)制數(shù)可以轉(zhuǎn)化為4位二進(jìn)制數(shù)调鬓，即十六進(jìn)制的每個字符需要用4位二進(jìn)制位來表示，如0x0為0000酌伊，0xF為1111腾窝，即1個16進(jìn)制數(shù)為4位二進(jìn)制bit。

所以反推32位二進(jìn)制數(shù)換算為十六進(jìn)制數(shù)后的位數(shù)就變?yōu)?2÷4=8位居砖，即32位二進(jìn)制地址信息需要8位十六進(jìn)制數(shù)表示虹脯。

總結(jié)如下：

4個二進(jìn)制位(bit)(不夠表示一個字節(jié)) = 1個十六進(jìn)制(hex)。

8個二進(jìn)制位(bit) = 一個字節(jié)(Byte) = 2個十六進(jìn)制(hex)奏候。

32個二進(jìn)制位(bit) = 四個字節(jié)(Byte) = 8個十六進(jìn)制(hex)循集。

所以針對一個32位的數(shù)值，如0x1A2B3C4D蔗草，總共四個字節(jié)咒彤，兩個十六進(jìn)制數(shù)表示一個字節(jié)疆柔，高位字節(jié)為0x1A，低位字節(jié)為0x4D镶柱；中間兩個字節(jié)分別為0x2B和0x3C旷档；

數(shù)值0x1A2B3C4D想要在計算機(jī)中正確使用，就必須要考慮在內(nèi)存中將其對應(yīng)的四個字節(jié)合理存儲歇拆。假設(shè)內(nèi)存的地址都是從低到高分配的鞋屈，那么對于一個數(shù)值多個字節(jié)順序存儲就有兩種存儲方式：

方式一、數(shù)值的高位字節(jié)存放在內(nèi)存的低地址端故觅，低位字節(jié)存放在內(nèi)存的高地址端：

內(nèi)存低地址 --------------------> 內(nèi)存高地址

0x1A | 0x2B | 0x3C | 0x4D

高位字節(jié) <-------------------- 低位字節(jié)

方式二谐区、數(shù)值的低位字節(jié)存放在內(nèi)存的低地址端，高位字節(jié)存放在內(nèi)存的高地址端：

內(nèi)存低地址 --------------------> 內(nèi)存高地址

0x4D | 0x3C | 0x2B | 0x1A

低位字節(jié) --------------------> 高位字節(jié)

方式一 逻卖，我們就稱之為 大端模式宋列；即高位字節(jié)放在內(nèi)存的低地址端，低位字節(jié)放在內(nèi)存的高地址端评也。

方式二 炼杖，我們就稱之為 小端模式；即低位字節(jié)放在內(nèi)存的低地址端盗迟，高位字節(jié)放在內(nèi)存的高地址端坤邪。

畫圖更直觀理解一下：

image

image

總結(jié)一下：

大端小端是不同的字節(jié)順序存儲方式，統(tǒng)稱為字節(jié)序罚缕；

大端模式艇纺，是指數(shù)據(jù)的高字節(jié)位 保存在 內(nèi)存的低地址中，而數(shù)據(jù)的低字節(jié)位 保存在 內(nèi)存的高地址中邮弹。這樣的存儲模式有點(diǎn)兒類似于把數(shù)據(jù)當(dāng)作字符串順序處理：地址由小向大增加黔衡，而數(shù)據(jù)從高位往低位放。和我們”從左到右“閱讀習(xí)慣一致腌乡。

小端模式盟劫，是指數(shù)據(jù)的高字節(jié)位 保存在 內(nèi)存的高地址中，而數(shù)據(jù)的低字節(jié)位 保存在 內(nèi)存的低地址中与纽。這種存儲模式將地址的高低和數(shù)據(jù)位權(quán)有效地結(jié)合起來侣签，高地址部分權(quán)值高，低地址部分權(quán)值低急迂，和我們的邏輯方法一致影所。

分享一個私人口語化記憶小技巧：

大端模式：“【低位】字節(jié)卻硬要存在【高位】地址中“。---“低對高(或高對低)僚碎，門不當(dāng)戶不對猴娩，真令人頭大”，記作大端模式。

小端模式：“【低位】字節(jié)正好存在【低位】地址中”胀溺。--- “低對低裂七，門當(dāng)戶對，你儂我儂”仓坞，記作小端模式背零。

3> 為什么要學(xué)習(xí)理解“大端”“小端”

大端模式：

基于其存儲特點(diǎn)，符號位在所表示的數(shù)據(jù)的內(nèi)存的第一個字節(jié)中无埃，便于快速判斷數(shù)據(jù)的正負(fù)和大嗅闫俊（CPU做數(shù)值運(yùn)算時從內(nèi)存中依順序依次從低位地址到高位地址取數(shù)據(jù)進(jìn)行運(yùn)算，大端就會最先拿到數(shù)據(jù)的(高字節(jié)的)符號位）嫉称。

小端模式：

基于其存儲特點(diǎn)侦镇，內(nèi)存的低地址處存放低字節(jié)，所以在強(qiáng)制轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)時不需要調(diào)整字節(jié)的內(nèi)容（比如织阅，把int---4字節(jié)強(qiáng)制轉(zhuǎn)換成short---2字節(jié)壳繁，就可以直接把int數(shù)據(jù)存儲的前兩個字節(jié)給short就行，因?yàn)槠淝皟蓚€字節(jié)剛好就是最低的兩個字節(jié)荔棉，符合轉(zhuǎn)換邏輯闹炉；另外CPU做數(shù)值運(yùn)算時從內(nèi)存中依順序依次從低位地址到高位地址取數(shù)據(jù)進(jìn)行運(yùn)算，開始只管取值润樱，最后刷新最高位地址的符號位就行渣触，這樣的運(yùn)算方式會更高效一些）。

因?yàn)閮煞N模式各有優(yōu)點(diǎn)壹若，存在“你有我無嗅钻，你無我有”的特點(diǎn)，所以造就了不同的硬件廠商基于不同的效率(角度)考慮店展，有了不同的硬件設(shè)計支持养篓，最終形成了計算機(jī)各個相關(guān)領(lǐng)域目前并沒有采用統(tǒng)一的字節(jié)序，沒有統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)的現(xiàn)狀壁查。

其實(shí)也不難理解觉至，就好比文章開頭描述的“吃雞蛋方式之爭一樣” 天下之大又有誰能站出來限定或證明，吃雞蛋必須從“小端”開始睡腿，就一定比從“大端”開始 好？或者 吃雞蛋必須從“大端”開始峻贮，就一定比從“小端”開始 好席怪？呢。

“大端“ ”小端” 各有優(yōu)點(diǎn)纤控，同吃雞蛋方式一樣挂捻，世人都有各自選擇的權(quán)利。

目前我們常見的CPU PowerPC船万、IBM是大端模式刻撒，x86是小端模式骨田。ARM既可以工作在大端模式，也可以工作在小端模式声怔，一般ARM都默認(rèn)是小端模式态贤。一般通訊協(xié)議都采用的是大端模式。

另外醋火，常見文件的字節(jié)序如下：

BMP – Little Endian

GIF – Little Endian

JPEG – Big Endian

RTF – Little Endian

Adobe PS – Big Endian

DXF(AutoCAD) – Variable

所以我們只有理解“大端”“小端”悠汽，才能在跨平臺、跨芯片芥驳、跨系統(tǒng)柿冲，跨網(wǎng)絡(luò)通信時，實(shí)時對內(nèi)存字節(jié)序進(jìn)行檢查和轉(zhuǎn)換兆旬，保證傳遞內(nèi)容的正確性假抄。假設(shè)沒有操作系統(tǒng)工程師，網(wǎng)絡(luò)工程師在背后默默對字節(jié)序的檢查和轉(zhuǎn)換丽猬，可能你用你的X86機(jī)器通過QQ給我PowerPC機(jī)器QQ表了個白慨亲，但數(shù)據(jù)在內(nèi)存中傳遞亂的yipi，消息到了以后宝鼓，前言不搭后語刑棵，我都完全不知道你想說什么，也不知道你在表白愚铡，彼此完美錯過是結(jié)局蛉签。

4> 通過C代碼檢測當(dāng)前計算機(jī)環(huán)境采用的是大端模式還是小端模式。

舉例：

方式一： 借助聯(lián)合體union的特性實(shí)現(xiàn)(union 型數(shù)據(jù)所占的空間等于其最大的成員所占的空間沥寥，對 union 型的成員的存取都是相對于該聯(lián)合體基地址的偏移量為 0 處開始碍舍，也就是聯(lián)合體的訪問不論對哪個變量的存取都是從 union 的首地址位置開始。）

#include <stdio.h>
int main()
{
    union{
        int a;  //4 bytes
        char b; //1 byte
    } data;

    data.a = 1;

    //b等于取a的低地址字節(jié)部分 
    if(data.b == 1){
        printf("Little_Endian\n");
    }else{
        printf("Big_Endian\n");
    }
    return 0;
}

說明：

賦值 1 是數(shù)據(jù)的低字節(jié)位(0x00000001)邑雅。

如果 1 被存儲在 data所占內(nèi)存 的低地址中片橡，那data.b 的值將會是 1。就是小端模式淮野，

如果 1 被存儲在 data所占內(nèi)存 的高地址中捧书，那data.b 的值將會是 0。就是大端模式骤星，

方式二： 通過將int強(qiáng)制類型轉(zhuǎn)換成char單字節(jié)经瓷，判斷起始存儲位置內(nèi)容實(shí)現(xiàn)。

#include <stdio.h>
int main()
{
    int a = 1; //4 bytes

    //b等于取a的低地址字節(jié)部分 
    char *b =(char *)&a;
    if (*b == 1)
    {
            printf("Little_Endian!\n");
    }
    else
    {
           printf("Big_Endian!\n");
    }
    return 0;
}

說明：

賦值 1 是數(shù)據(jù)的低字節(jié)位(0x00000001)洞难。

如果 1 被存儲在 a所占內(nèi)存 的低地址中舆吮，那b的值將會是 1。就是小端模式，

如果 1 被存儲在 a所占內(nèi)存 的高地址中色冀，那b的值將會是 0潭袱。就是大端模式，

——————————

5>End.PS:網(wǎng)上有很多锋恬，用MSB和LSB講大端和小端的描述屯换，我們一定需要注意，大端和小端描述的是字節(jié)之間的關(guān)系伶氢，而MSB趟径、LSB描述的是Bit位之間的關(guān)系。字節(jié)是存儲空間的基本計量單位癣防，所以通過高位字節(jié)和低位字節(jié)來理解大小端存儲是最為直接的蜗巧。

MSB:Most Significant Bit ------- 最高有效位(指二進(jìn)制中最高值的比特)

LSB:Least Significant Bit ------- 最低有效位(指二進(jìn)制中最高值的比特)

當(dāng)然，也可以通過MSB/LSB實(shí)現(xiàn)大端小端的檢測蕾盯，舉例代碼如下：

#include <stdio.h>

int main(void)
{
    union {
        struct {
            char a:1; //定義位域?yàn)?1 bit[不知位域何物幕屹，還請先自行查閱一下，后續(xù)文章也會專門講到] 
        } s;
        char b;
    } data;

    data.b = 8; //8(Decimal) == 1000(Binary)级遭，MSB is 1望拖，LSB is 0

    if (data.s.a == 1) //說明是MSB被存儲在高地址地址中
        printf("Big_Endian\n");
    else
        printf("Little_Endian\n");
    return 0;
}

From：【程序員秘書】