数据的存储-大小端介绍

一:大小端简介

  大端(存储)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;
  小端(存储)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。

二、为什么有大端和小端

  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8 bit。但是在C语言中除了8 bit的char之外,还有16 bit的short型,32 bit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何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。

三、怎么知道数据使用哪种存储

  例题:请简述大端字节序和小端字节序的概念,设计一个小程序来判断当前机器的字节序。

#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;
}

  因为1的二进制位00000000000000000000000000000001,我们只需访问第一个字节就可以知道那种方式存储,所以调用函数用char*类型的指针得到地址再将指针变量解引用 i(char类型每次只能访问一个字节)。用char*指向的 i 再内存中要么是00 00 00 01(大端) 或 01 00 00 00(小端)(从左到右为低地址到高地址),如果解引用访问到的是0即大端,相反为小端。

### 数据对齐 - **原理**:由于内存对齐的要求,数据在内存中的布局可能会受到影响。编译器为了提高内存访问效率,会将数据存储在特定的地址边界上,使得处理器能够更快地访问数据。不同的编译器有不同的字节对齐规则,例如某些编译器可能按照4字节或8字节进行对齐。 - **特点**:合理的数据对齐可以提高内存访问速度,但可能会导致内存空间的浪费,因为为了满足对齐要求,可能会在数据之间插入填充字节。 - **应用**:开发人员需要了解编译器的字节对齐规则,并使用适当的对齐方式来避免意外行为,确保程序在不同系统上的可移植性和正确性。在C语言中,正确处理数据对齐是非常重要的 [^1]。 ### 大小端存储 - **原理** - **大端存储(Big Endian)**:高字节存储在低地址,低字节存储在高地址。例如一个32位的数0x12345678,在大端模式下的存储顺序是:地址0x00存储0x12,地址0x01存储0x34,地址0x02存储0x56,地址0x03存储0x78,类似于通常书写数字的顺序,从高位到低位 [^2]。 - **小端存储(Little Endian)**:与大端存储相反,低字节存储在低地址,高字节存储在高地址。例如32位的数0x12345678在小端模式下,地址0x10000存储0x78,地址0x10001存储0x56,地址0x10002存储0x34,地址0x10003存储0x12 [^4]。 - **特点**:小端模式符合计算机的思维,大端模式符合人类阅读的情况 [^4]。 - **应用**:在不同大小端存储的系统之间交换数据时,必须进行适当的数据转换,以确保数据的正确读写和解释。例如在网络编程中,由于网络协议通常采用大端字节序,而本地机器可能是小端字节序,因此在数据传输时需要进行大小端转换 [^1]。 以下是判断设备大小端模式的代码示例: ```c //判断当前设备为是否为小端存储 int Is_Little_endian() { int a = 0x00000001; return *((char*)&a); //强制类型转换为char指针类型,仅取出第一个字节 } int main() { if (Is_Little_endian()) { //大端存储返回0,小端存储返回1 printf("This device is Little Endian\n"); } else { printf("This device is Big Endian\n"); } return 0; } ```
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