【C语言】大小端字节序详解

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前言

提示：这里可以添加本文要记录的大概内容：

前言：

计算机系统中的字节序是一个关键概念，影响着数据在内存中的存储方式。其中，C语言的大小端字节序是一个备受关注的话题。了解字节序对于编写可移植性强、跨平台的程序至关重要。在这篇博客中，我们将深入探讨C语言中大小端字节序的概念、影响以及如何处理不同字节序带来的挑战。

提示：以下是本篇文章正文内容，下面案例可供参考

引入大小端字节序

先来看一个程序

#include <stdio.h>
int main()
{
	int a = 0x11223344;
	return 0;
}

当我们调试这段程序，观察变量a的内存中所存储的内容时，可以发现

a变量在内存中存储的顺序是44332211，那么原因是什么呢？由此，大小端字节序便产生了！

大小端字节序的定义

在计算机科学中，大小端字节序是指在多字节数据类型存储时，最低有效字节（Least Significant Byte，简称LSB）和最高有效字节（Most Significant Byte，简称MSB）的存放顺序。这影响了数据在内存中的存储方式。

• 大端字节序（Big-Endian）： 数据的高位字节存储在低地址内存单元，低位字节存储在高地址内存单元。即，MSB 存在于最低的地址位置。

• 小端字节序（Little-Endian）： 数据的低位字节存储在低地址内存单元，高位字节存储在高地址内存单元。即，LSB 存在于最低的地址位置。

考虑一个4字节整数 0x12345678，在大端字节序中存储为 12 34 56 78，而在小端字节序中存储为 78 56 34 12。

这种字节序的差异对于底层数据表示和网络通信至关重要，因此在编程和系统级别的开发中，理解和正确处理大小端字节序是不可或缺的技能。

为什么会出现大小端之分

计算机体系结构的设计中，大小端字节序的差异源于对多字节数据存储方式的不同选择。这种分歧主要受到以下两个因素的影响：

1. 硬件设计：

   • Big-Endian： 一些体系结构，如 Motorola 68000 和 IBM System/360，选择将最重要的字节存储在最低的内存地址中。这样的设计在处理大端字节序时，可以更方便地从内存中读取高位字节。

   • Little-Endian： 另一些体系结构，如 Intel x86 架构，选择将最不重要的字节存储在最低的内存地址中。这样的设计在处理小端字节序时，同样可以更方便地从内存中读取低位字节。

2. 数据存储的方式：

   • Big-Endian： 大端字节序在人类读写的方式上更自然，因为我们习惯从左到右，从高位到低位阅读数字。然而，这种方式可能导致内存中的数据在传输时需要进行字节交换，增加了一些处理的复杂性。

   • Little-Endian： 小端字节序在存储时将最低有效字节放在最低地址，这使得直接从内存中读取多字节数据更加高效，因为可以直接使用内存中的字节流。

总结：

大小端字节序的分歧是由底层硬件体系结构的设计选择引起的。虽然这种差异在不同体系结构之间存在，但它对于计算机系统的整体性能和数据交换都具有深远的影响。因此，在编程和系统级开发中，理解并正确处理大小端字节序是至关重要的。

示例：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 a)
{
	return *(char*)&a;
}
int main()
{
	int a = 1;
	if (check_sys(a)==1)
	{
		printf("小端\n");
	}
	else
	{
		printf("大端\n");
	}
	return 0;
}

运行结果

从结果可以看出，该机器是小端存储

改进写法（利用联合体成员共用同一块内存空间的特点）

#include <stdio.h>
union U
{
	int a;
	char c;
};
int main()
{
	union U u = {1};
	if (u.c==1)
	{
		printf("小端\n");
	}
	else
	{
		printf("大端\n");
	}
	return 0;
}

运行结果

从结果可以看出当前机器是小端存储

总结

通过本文的介绍，我们深入了解了C语言中的大小端字节序。无论是在网络通信、文件存储还是跨平台开发中，理解字节序的差异都是至关重要的。在编写程序时，采用适当的字节序处理机制，可以确保程序在不同平台上的稳定运行。字节序的理解不仅是程序员的基本技能，更是编写高质量、可维护代码的重要一环。希望通过本文的分享，读者对C语言中的字节序问题有了更清晰的认识。