学习记录之大端存储和小端存储

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#学习 #计算机外设

于 2024-11-06 09:54:03 首次发布

大端存储和小端存储

在计算机系统中，数据在内存中的存储方式并不是唯一的。对于多字节的数据类型（如 int、float 等），计算机可以以不同的方式在内存中存储它们。这些存储方式通常分为两种：大端存储（Big-Endian）和小端存储（Little-Endian）。了解这两种存储方式对底层编程和系统开发非常重要，尤其在涉及数据传输或跨平台开发时。本文将详细解释大端存储与小端存储。

什么是大端存储，什么是小端存储

我们从最开始的汇编语言就可以知道，数据与程序在内存里面以二进制的形式进行存储，而它们进行存储的时候我们可以知道它以什么作为单位，比如就拿我最近学的8086CPU作为例子，它可以一次性处理以下的两种尺寸的数据。

1.字节：一个字节由8个bit组成，可以存在8位寄存器中。

2.字：一个字由两个字节组成，在一个字中我们可以分成高位字节和低位字节，如下图。

在这里插入图片描述

接下来我们就来说一下什么是大端存储什么是小端存储了。

当一个多字节的数据（例如 32 位整数）被存储在内存中时，需要决定这些字节的存储顺序。

大端存储（Big-Endian）：数据的最高有效字节（Most Significant Byte，MSB）存储在内存的最低地址。换句话说，数值中权重最大的字节在内存中最前面。
小端存储（Little-Endian）：数据的最低有效字节（Least Significant Byte，LSB）存储在内存的最低地址。换句话说，数值中权重最小的字节在内存中最前面。

这里我们来解释一下里面的一些名词。

最高地址（High Address）：指的是内存中地址值较大的位置。在内存的连续地址空间中，最高地址位于末尾。

最低地址（Low Address）：指的是内存中地址值较小的位置。在内存的连续地址空间中，最低地址位于开始端。

最高有效字节（Most Significant Byte，MSB）：可以把它看作上面16位时的高位字节。

最低有效字节（Least Significant Byte，LSB）：可以把它看作上面16位的低位字节。

我们这里举个例子来说明一下，比如一个32位无符号0x12345678，它占用了四个字节

按照大端存储来看的话，内存从低地址到高地址是：0x12 0x34 0x56 0x78,高位字节0x12存储在低地址

而按照小端存储来看的话，内存从低地址到高地址的存储顺序为：0x78 0x56 0x34 0x12,高位字节0x12存储在最高地址。

大端和小端存储的优势

大端存储的优势

1.**符合人类的阅读习惯。**例如，在处理多字节数据时，直接读取的字节顺序与我们书写和阅读数字的顺序相同。这对于调试和手动分析内存内容时更为直观。

2.**网络协议一致性。**许多网络协议（如 TCP/IP）采用大端字节序。这使得在网络传输数据时，无需转换字节序，减少了潜在的兼容性问题，确保了在不同平台间的数据一致性。

3.**方便与数据结构结合。**某些数据结构（如某些图像格式、音频格式）在设计时可能采用大端存储，这使得直接读取和处理这些格式的数据时更加高效。

小端存储的优势

1.**处理效率高。**在小端存储中，低位字节存储在内存的低地址，对于一些基本的加法和运算操作，特别是在处理低位字节时，可以直接从内存中读取，不需要额外的字节序转换。这在某些情况下可以提高处理效率。

2.**硬件支持小端存储。**许多现代处理器（如 Intel 和 AMD）采用小端字节序，这使得在这些平台上开发的软件不需要进行字节序转换，能够更高效地访问和处理数据。

3.**与编程语言兼容。**一些编程语言（如 C/C++）在处理数组和指针时，可能更容易与小端存储兼容，尤其是在涉及到位操作时。

在计算机里如何检测系统是大端还是小端

在这里我们用一个简单的C语言程序来进行判断。

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
int main()
{
	unsigned int x = 0x12345678;
	unsigned char* p = (unsigned char*)(&x);
	if (*p == 0x78)
	{
		printf("小端存储");
	}
	else
	{
		printf("大端存储");
	}
	return 0;
}

注意：这里的unsigned char可以用来当作一个字节所存储的内容，而不只是单纯的无符号的字符类型。

我们通过这段代码可以很轻松的得到最终的结果。