[c语言日寄MAX]深度解析：大小端字节序

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前言

大小端字节序是什么？怎么通过程序判断机器是大端还是小段？全局变量和局部变量对大小端的判断有影响吗？本文将为你带来深度的大小端字节序解析，力求一文解决全部疑问。

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一、什么是大小端字节序？

大小端字节序是计算机中存储 多字节数据时字节的排列顺序。它们是两种不同的存储方式。

1. 书面定义

大端字节序（Big-Endian）

• 定义：大端字节序是指在多字节数据中，高位字节存放在内存的低地址端，低位字节存放在内存的高地址端。也就是说，数据的最高有效字节（MSB）存储在地址最低的位置，最低有效字节（LSB）存储在地址最高的位置。

小端字节序（Little-Endian）

• 定义：小端字节序是指在多字节数据中，低位字节存放在内存的低地址端，高位字节存放在内存的高地址端。也就是说，数据的最低有效字节（LSB）存储在地址最低的位置，最高有效字节（MSB）存储在地址最高的位置。

2.直观理解

我们假设有这样一段由低地址到高地址的内存，每一个格子代表1字节：

现在，我们要将一个有符号整形（int）数据储存在里面。

小端字节序按照“高对高，低对低”的顺序排列。
所谓“高对高，低对低”意思是：高地址存放高位数据，低地址存放低位数据。

而大端则是反过来，”低对高，高对低“。
意思是：低地址存放高位数据，高地址存放低位数据。

高位数据和低位数据

高地址我们知道是哪里，但是什么是高位数据呢？什么又是低位数据呢？
我们看这样一个例子：

可以看到，对于一个整形数字“2147483649”而言，哪些是低位，哪些是高位。
也就是：高位代表权重更高的比特位，低位代表权重低的比特位。
对于这个数据，
低位的”1“是2^0，计入的值是1。
而高位的”1“是2^31,计入的值为2147483648。

大小端对比

知道了排序规则和高位和低位的定义，我们就可以知道大、小端机器怎么存放多字节数据。
我们将内存映射出来，把他们的数据放在一起对比：

结合这张图，我们就可以理解大、小端字节序的区别。

值得注意的是：
我们发现，在图中的数据，大小端的区别只在字节层面上。
而字节之下：字节内部 比特位 的排列顺序没有被改变。

二、怎么写程序判断机器是大端还是小端？

指针

在写这个程序之前，我们需要知道计算机是怎么读取数据的。
对于c语言而言，读取内存需要一个指针，这个指针存放着数据在内存中的地址。

结合这张图，我们知道，无论是大端还是小端，指向数据的指针，都在低地址位。

数据的类型会影响指向数据的指针位置吗？

不会。
我们知道，数据一般分为两种，一种是变量数据，一种是动态内存分配的数据。

动态内存分配

我们知道，动态内存规划分配的内存储存在”堆“中，而堆的使用习惯是优先使用低地址位。
如果我们要动态内存分配一个整形数据，那么内存开辟是这样的：

可以看到，我们在低地址已经使用的内存之后开辟了4个字节的内存。
这个新数据的指针如图：

没错，此时的指针指向的依旧是数据的低地址处。

变量数据

再来看看变量数据。
变量数据储存在”栈“中，而栈的使用习惯是先使用高地址，再使用低地址。
如果我们要开辟一个整形变量，那么它在内存中是这样操作的：

这个变量数据的指针是这样的：

总结：无论是变量还是动态内存分配的数据，指针位置都是低地址处。

基础判断函数

想要判断大小端，只需要判断指针位置对应的字节就可以了。

那么，思路就是：

1. 设置一个无符号整形(unsigned int)变量，赋值“1”。（往内存中存入数据）
2. 强制类型转换为无符号字符（unsigned char）类型（只读取第一个字节的数据）
3. 判断数据是0，还是1。（0就是小端，1就是大端）

解决方案如下：

#include <stdio.h>// 函数声明：判断系统是大端字节序还是小端字节序
int isLittleEndian() {// 定义一个无符号整型变量，赋值为1unsigned int x = 1;// 将x的地址强制转换为unsigned char指针// 这样可以逐字节访问x的内存unsigned char* bytePointer = (unsigned char*)&x;// 检查x的第一个字节（最低地址的字节）// 如果x的值为1，那么在小端字节序下，第一个字节为1// 在大端字节序下，第一个字节为0if (bytePointer[0] == 1) {// 如果第一个字节为1，说明是小端字节序return 1;} else {// 否则是大端字节序return 0;}
}int main() {// 调用函数判断字节序if (isLittleEndian()) {printf("System is Little Endian.\n");} else {printf("System is Big Endian.\n");}return 0;
}

联合体判断法

使用联合体（union）也可以实现判断大小端字节序的功能。
基于联合体的解决方案如下：

#include <stdio.h>// 定义一个联合体，包含一个无符号整型和一个无符号字符数组
union EndianChecker {unsigned int value; // 用于存储整数值unsigned char bytes[sizeof(unsigned int)]; // 用于逐字节访问value的内存
};// 函数声明：判断系统是大端字节序还是小端字节序
int isLittleEndian() {// 创建一个联合体变量union EndianChecker checker;// 将联合体的value成员赋值为1checker.value = 1;// 检查联合体的bytes数组的第一个字节// 如果是小端字节序，第一个字节（最低地址的字节）为1// 如果是大端字节序，第一个字节为0if (checker.bytes[0] == 1) {// 如果第一个字节为1，说明是小端字节序return 1;} else {// 否则是大端字节序return 0;}
}int main() {// 调用函数判断字节序if (isLittleEndian()) {printf("System is Little Endian.\n");} else {printf("System is Big Endian.\n");}return 0;
}

总结

大小端字节序是针对“字节”的排序，和bit的排序无关，和数据类型无关。
我们可以使用指针+强制类型转换法实现大小端字节序的判定，也可以使用联合体实现。

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