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  • 大端和小端(Big endian and Little endian)

    一、大端和小端的问题

    对于整型、长整型等数据类型,Big endian 认为第一个字节是最高位字节(按照从低地址到高地址的顺序存放数据的高位字节到低位字节);而 Little endian 则相反,它认为第一个字节是最低位字节(按照从低地址到高地址的顺序存放据的低位字节到高位字节)。

    例如,假设从内存地址 0x0000 开始有以下数据: 
    0x0000         0x0001       0x0002       0x0003 
    0x12            0x34           0xab           0xcd
    如果我们去读取一个地址为 0x0000 的四个字节变量,若字节序为big-endian,则读出结果为0x1234abcd;若字节序为little-endian,则读出结果为0xcdab3412。

    如果我们将0x1234abcd 写入到以 0x0000 开始的内存中,则Little endian 和 Big endian 模式的存放结果如下: 
    地址           0x0000         0x0001        0x0002          0x0003
    big-endian   0x12           0x34            0xab            0xcd 
    little-endian  0xcd           0xab            0x34            0x12

    一般来说,x86 系列 CPU 都是 little-endian 的字节序,PowerPC 通常是 big-endian,网络字节顺序也是 big-endian还有的CPU 能通过跳线来设置 CPU 工作于 Little endian 还是 Big endian 模式。

    对于0x12345678的存储:

    小端模式:(从低字节到高字节)
    地位地址 0x78 0x56 0x34 0x12 高位地址

    大端模式:(从高字节到低字节)
    地位地址 0x12 0x34 0x56 0x78 高位地址

    二、大端小端转换方法

    htonl() htons() 从主机字节顺序转换成网络字节顺序
    ntohl() ntohs() 从网络字节顺序转换为主机字节顺序

    Big-Endian转换成Little-Endian

    #define BigtoLittle16(A) ((((uint16)(A) & 0xff00) >> 8) | (((uint16)(A) & 0x00ff) << 8))
    #define BigtoLittle32(A) ((((uint32)(A) & 0xff000000) >> 24) | (((uint32)(A) & 0x00ff0000) >> 8) | 
                 (((uint32)(A) & 0x0000ff00) << 8) | (((uint32)(A) & 0x000000ff) << 24))

    三、大端小端检测方法

    如何检查处理器是big-endian还是little-endian?

    C程序:

        int i = 1;   
        char *p = (char *)&i;   
        if(*p == 1)     
              printf("Little Endian"); 
        else
              printf("Big Endian");

        大小端存储问题,如果小端方式中(i占至少两个字节的长度)则i所分配的内存最小地址那个字节中就存着1,其他字节是0.大端的话则1在i的最高地址字节处存放,char是一个字节,所以强制将char型量p指向i则p指向的一定是i的最低地址,那么就可以判断p中的值是不是1来确定是不是小端。

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

    复制代码
    /*return 1: little-endian, return 0: big-endian*/
    int checkCPUendian()
    {
      union
      {
        unsigned int a;
        unsigned char b; 
      }c;
      c.a = 1;
      return (c.b == 1); 
    }
    复制代码

    实现同样的功能,来看看Linux 操作系统中相关的源代码是怎么做的:

    static union { char c[4]; unsigned long mylong; } endian_test = {{ 'l', '?', '?', 'b' } };
    
    #define ENDIANNESS ((char)endian_test.mylong)

    Linux 的内核作者们仅仅用一个union 变量和一个简单的宏定义就实现了一大段代码同样的功能!(如果ENDIANNESS=’l’表示系统为little endian,为’b’表示big endian)

    四、一些笔试题目

      char *sz = "0123456789"; 
      int *p = (int*)sz; 
      printf("%x
    ",*++p); 

    字符'0'对应的十六进制是0x30,请问在x86环境下程序输出是多少?

    假设字符串sz地址从@0开始,那么sz在内存的存储为
    @0   @1   @2   @3   @4   @5   @6   @7   @8   @9
    0x30 0x31 0x32 0x33 0x34 0x35 0x36 0x37 0x38 0x39
    当你把char*强制类型转化成int*后,因为int占四个字节,那么p指向@0,并且*p占有的地址是@0@1@2@3,打印的时候 先进行++p操作,那么p指向@4,此时*p占有的地址是@4@5@6@7,根据上面地地址存地位,高地址存高位的解释,那么*p应该等于0x37363534

        int a = 0x12345678;
        char *p = (char*)(&a);
        printf("%x
    ",*(p+1));

    例如对于0x12345678,网络字节顺序是这样0x12,0x34,0x56,0x78存储的,这种方式称为big-endian
    intel处理器是0x78 0x56 0x34 0x12这样来存储的,称为小尾little-endian
    在x86环境下题目中的p指向0x78,加1后指向0x56

    复制代码
    #include <stdio.h>
    union
    {
        int i;
        char x[2];
    }a;
    int main()
    {
        a.x[0] = 10;
        a.x[1] = 1;
        printf("%d",a.i);
        return 0;
    }
    复制代码

    x86下输出答案: 266 (x86下:低位低地址,高位高地址,i内存里存的值是Ox010A,十进制为266)

    复制代码
    int main()
    {
        union
        {
            int i;
            struct
            {
                char first;
                char second;
            }half;
        }number;
        number.i=0x4241;
        printf("%c %c
    ", number.half.first, number.half.second);
        number.half.first='a';
        number.half.second='b';
        printf("%x
    ", number.i);
        return 0;
    }
    复制代码

    x86下输出答案:
           A B   (0x41对应'A',是低位;Ox42对应'B',是高位)
           6261 (number.i和number.half共用一块地址空间0x6261)

    作者:阿凡卢
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