了解计算机的大小端存储模式

我们在计算机中存储数据时，数据是如何组织和表示的是一个重要的问题。其中一个关键概念是大小端存储模式（Endianness），它描述了多字节数据在内存中的存储方式。本文将介绍大小端存储模式的原理、应用和区别。

什么是大小端存储模式？

大小端存储模式指的是多字节数据在内存中的存储顺序。具体而言，其决定了一个多字节数据的高位字节和低位字节的存放顺序。
在计算机中，最小的单位是字节（Byte），而多字节数据（如整数、浮点数等）需要由多个字节来表示。

大端存储模式（Big Endian）：高位字节存放在低地址，低位字节存放在高地址。
小端存储模式（Little Endian）：高位字节存放在高地址，低位字节存放在低地址。

为了更好地理解这个概念，我们以一个16位整数值 0x1234 为例来说明。

在大端存储模式下，高位字节 0x11 存储在低地址，低位字节 0x22 存储在高地址（依次类推）。内存中的存储顺序如下：

在这里插入图片描述

而在小端存储模式下，高位字节 0x11 存储在高地址，低位字节 0x22 存储在低地址。内存中的存储顺序如下：

在这里插入图片描述

代码举例 在不同的大小端存储方式下，对同一整数进行存储和读取的结果不同：

int main() 
{// 代码可以判断 机器的大小端模式int x = 0x12345678;char *p = (char *)&x;printf("x = 0x%x\n", x);printf("p[0] = 0x%x, p[1] = 0x%x, p[2] = 0x%x, p[3] = 0x%x\n", p[0], p[1], p[2], p[3]);return 0;
}

在大端存储中，输出结果为：

x = 0x12345678
p[0] = 0x12, p[1] = 0x34, p[2] = 0x56, p[3] = 0x78

而在小端存储中，输出结果为：

x = 0x12345678
p[0] = 0x78, p[1] = 0x56, p[2] = 0x34, p[3] = 0x12

可以看到，在大端存储中，整数的高位字节存储在低地址，低位字节存储在高地址，而在小端存储中，情况则相反。 因此，在不同的大小端存储方式下，对同一整数进行存储和读取的结果不同。

大小端存储模式的应用（了解）

大小端存储模式在计算机系统中有广泛的应用。以下是一些常见的应用场景：

网络通信

在网络通信中，不同的计算机可能采用不同的存储模式。为了确保数据在网络上正确传输，通常需要进行字节序转换。发送方将数据从主机字节序（通常是本地字节序）转换为网络字节序（大端字节序），接收方再将数据从网络字节序转换回主机字节序。

文件格式

某些文件格式（如图像、音频、视频等）可能要求以特定的字节序存储数据。在读取或写入这些文件时，需要根据文件格式规范来处理字节序，以确保数据的正确解析和兼容性。

处理器架构

不同的处理器架构可能采用不同的存储模式。例如，x86 架构通常采用小端存储模式，而 PowerPC 和 ARM 架构通常采用大端存储模式。在开发跨平台应用程序时，需要注意处理字节序的差异，以确保程序在不同架构上的正确运行。

大小端在应用上的区别（了解）

大小端存储模式在数据表示上存在一些区别。以下是一些常见的区别：

字节访问：大端存储下，直接访问一个多字节数据的任意字节时，需要进行地址计算；而小端存储下，直接访问最低有效字节的地址即可。
网络传输：网络通信中常使用大端字节序，因此在进行网络数据传输时，需要进行字节序转换。
指针操作：由于指针是按照字节进行递增或递减的，因此在涉及指针操作的场景中，大小端存储模式可能会导致不同的结果。

大小端例题

看下面一个有关联合体的题目：

判断下面程序的输出结果：（x86下,小端存储）

A) 3839     B) 3938    C) 380039     D)不确定

#include<stdio.h>
int main()
{union{short k;char i[2];}*s, a;s = &a;s->i[0] = 0x39;s->i[1] = 0x38;printf(“%x\n”,a.k);return 0;
}

题目解释如下：

代码中定义了一个联合体类型union，包含一个short类型变量k和一个char类型数组i[2]。联合体的成员共享同一块内存空间，即k和i[2]使用相同的内存位置。
通过s指针访问联合体的char数组 i[]，并分别赋值为0x39和0x38
由于short和char共用两个字节，对i[]进行修改也会对k进行修改。
根据对数组元素的赋值，可以知道0x39为低地址，0x38为高地址，则打印出k为3839。