大端模式和小端模式

起源

关于大端小端名词的由来，有一个有趣的故事，来自于Jonathan Swift的《格利佛游记》：Lilliput和Blefuscu这两个强国在过去的36个月中一直在苦战。战争的原因：大家都知道，吃鸡蛋的时候，原始的方法是打破鸡蛋较大的一端，可以那时的皇帝的祖父由于小时侯吃鸡蛋，按这种方法把手指弄破了，因此他的父亲，就下令，命令所有的子民吃鸡蛋的时候，必须先打破鸡蛋较小的一端，违令者重罚。然后老百姓对此法令极为反感，期间发生了多次叛乱，其中一个皇帝因此送命，另一个丢了王位，产生叛乱的原因就是另一个国家Blefuscu的国王大臣煽动起来的，叛乱平息后，就逃到这个帝国避难。据估计，先后几次有11000余人情愿死也不肯去打破鸡蛋较小的端吃鸡蛋。这个其实讽刺当时英国和法国之间持续的冲突。Danny Cohen一位网络协议的开创者，第一次使用这两个术语指代字节顺序，后来就被大家广泛接受。

定义

Big-Endian和Little-Endian的定义如下：

1、Little-Endian就是低位字节排放在内存的低地址端，高位字节排放在内存的高地址端。
2、Big-Endian就是高位字节排放在内存的低地址端，低位字节排放在内存的高地址端。

举一个例子，比如数字0x12 34 56 78在内存中的表示形式为：

1、大端模式：
低地址 -----------------> 高地址
0x12  |  0x34  |  0x56  |  0x78

2、小端模式：
低地址 ------------------> 高地址
0x78  |  0x56  |  0x34  |  0x12

数组在大端小端情况下的存储

以unsigned int value = 0x12345678为例，分别看看在两种字节序下其存储情况，我们可以用unsigned char buf[4]来表示value：

Big-Endian: 低地址存放高位，如下：
        高地址
        ---------------
        buf[3] (0x78) -- 低位
        buf[2] (0x56)
        buf[1] (0x34)
        buf[0] (0x12) -- 高位
        ---------------
        低地址

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

产生原因

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

如何判断机器的字节序

可以编写一个小的测试程序来判断机器的字节序：

bool isBigEndian()  
{  
    int a = 0x1234;  
    char b =  *(char *)&a;  //通过将int强制类型转换成char单字节，通过判断起始存储位置。即等于 取b等于a的低地址部分  
    if( b == 0x12)  
    {  
        return true;  
    }  
    return false;  
}

联合体union的存放顺序是所有成员都从低地址开始存放，利用该特性可以轻松地获得了CPU对内存采用Little-endian还是Big-endian模式读写：

bool isBigEndian()  
{  
    union NUM  
    {  
        int a;  
        char b;  
    }num;  
    num.a = 0x1234;  
    if( num.b == 0x12 )  
    {  
        return true;  
    }  
    return false;  
}

大小端模式转换

对于字数据（16位）

#define BigtoLittle16(A)   (( ((uint16)(A) & 0xff00) >> 8)    |   
                                       (( (uint16)(A) & 0x00ff) << 8))  

对于双字数据（32位）：

#define BigtoLittle32(A)   ((( (uint32)(A) & 0xff000000) >> 24) |   
                                       (( (uint32)(A) & 0x00ff0000) >> 8)   |   
                                       (( (uint32)(A) & 0x0000ff00) << 8)   |   
                                       (( (uint32)(A) & 0x000000ff) << 24))  

编程实践

进行网络数据传递时，必须要考虑端模式的转换，Java和所有的网络通讯协议都是使用Big-Endian的编码。在Socket接口编程中，以下几个函数用于大小端字节序的转换。

#define ntohs(n)     //16位数据类型网络字节顺序到主机字节顺序的转换  
#define htons(n)     //16位数据类型主机字节顺序到网络字节顺序的转换  
#define ntohl(n)      //32位数据类型网络字节顺序到主机字节顺序的转换  
#define htonl(n)      //32位数据类型主机字节顺序到网络字节顺序的转换