基础02：内存的大小端

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本文介绍内存的大小端，中间有一段代码需要有一点点C语言基础。

源头

内存的大小端，始于鸡蛋的大小端，你信么？至于你信不信，我反正信了。
Jonathan Swift的《格列佛游记》(Gulliver’s Travels)：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。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。

大小端的定义

小端(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。
大端(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。
举个栗子：
如果int num = 0x12345678，那么大小端的存放方式分别如下表。

低 -> -> 高
内存地址 0xd99c 0xd99d 0xd99e 0xd99f
大端 12 34 56 78
小端 78 56 34 12

大小端的优势

小端模式 ：强制转换数据不需要调整字节内容，1、2、4字节的存储方式一样。
大端模式 ：符号位的判定固定为第一个字节，容易判断正负。

常见的大小端

一般操作系统都是小端，而通讯协议、Java是大端的。
CPU方面：
大端 : PowerPC、IBM、Sun
小端 : x86、DEC、DSP
ARM既可以工作在大端模式，也可以工作在小端模式，根据可以由硬件来选择。

判断大小端的代码

通过int最低内存地址进行判断

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/**
 * 文件名: endian1.c
 * 通过int最低内存地址的字节转换成char进行判断
 */

#include <stdio.h>

int main()
{
    int num = 0x12345678;
    char n0 = ((char *) &num)[0];
    char n1 = ((char *) &num)[1];
    char n2 = ((char *) &num)[2];
    char n3 = ((char *) &num)[3];

    if (n0 == 0x12) {
        printf("this is Big Endian\n");
    } else {
        printf("this is Little Endian\n");
    }

    // 内存从低到高分别打印四个字节的内容
    printf("%p: 0x%x\n", &((char *) &num)[0], n0);
    printf("%p: 0x%x\n", &((char *) &num)[1], n1);
    printf("%p: 0x%x\n", &((char *) &num)[2], n2);
    printf("%p: 0x%x\n", &((char *) &num)[3], n3);
    return 0;
}

CentOS7下运行结果如下。

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$ gcc endian1.c
$ ./a.out
this is Little Endian
0x7fff4a359ad8: 0x78
0x7fff4a359ad9: 0x56
0x7fff4a359ada: 0x34
0x7fff4a359adb: 0x12

通过联合体进行判断

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/**
 * 文件名: endian2.c
 * 通过联合体进行判断
 * 联合体union的存放顺序是所有成员都从低地址开始存放
 */
#include <stdio.h>

int main()
{
    union NUM {
        int a;
        char b;
    } num;

    num.a = 0x12345678;

    if (num.b == 0x12) {
        printf("this is Big Endian\n");
    } else {
        printf("this is Little Endian\n");
    }

    return 0;
}

CentOS7下运行结果如下。

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$ gcc endian2.c  
$ ./a.out  
this is Little Endian

总结

  1. 如果内从从低到高，那么小端模式与日常看到顺序的相反，大端模式则相同。
  2. x86是小端模式。

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