通信協(xié)議中的數(shù)據(jù)傳輸、數(shù)組的存儲(chǔ)方式、數(shù)據(jù)的強(qiáng)制轉(zhuǎn)換等這些都會(huì)牽涉到大小端問(wèn)題。 CPU的大端和小端模式很多地方都會(huì)用到,但還是有許多朋友不知道,今天暫且普及一下。 一、為什么會(huì)有大小端模式之分呢?
因?yàn)樵谟?jì)算機(jī)系統(tǒng)中,我們是以字節(jié)為單位的,每個(gè)地址單元都對(duì)應(yīng)著一個(gè)字節(jié),一個(gè)字節(jié)為8bit。
但是在C語(yǔ)言中除了8bit的char之外,還有16bit的short型,32bit的int型。另外,對(duì)于位數(shù)大于8位的處理器,例如16位或者32位的處理器,由于寄存器寬度大于一個(gè)字節(jié),那么必然存在著一個(gè)如果將多個(gè)字節(jié)安排的問(wèn)題。因此就導(dǎo)致了大端存儲(chǔ)模式和小端存儲(chǔ)模式。
例如一個(gè)16bit的short型x,在內(nèi)存中的地址為0x0010,x的值為0x1122,那么0x11為高字節(jié),0x22為低字節(jié)。
對(duì)于大端模式,就將0x11放在低地址中,即0x0010中,0x22放在高地址中,即0x0011中。小端模式,剛好相反。
二、什么是大端和小端?大端模式:是指數(shù)據(jù)的高字節(jié)保存在內(nèi)存的低地址中,而數(shù)據(jù)的低字節(jié)保存在內(nèi)存的高地址中。
小端模式:是指數(shù)據(jù)的高字節(jié)保存在內(nèi)存的高地址中,而數(shù)據(jù)的低字節(jié)保存在內(nèi)存的低地址中。
假如32位寬(uint32_t)的數(shù)據(jù)0x12345678,從地址0x08004000開(kāi)始存放:
0x08004003 | 0x12 | 0x78 |
0x08004002 | 0x34 | 0x56 |
0x08004001 | 0x56 | 0x34 |
0x08004000 | 0x78 | 0x12 |
地址 | 小端存放內(nèi)容 | 大端存放內(nèi)容 |
---|
再結(jié)合一張圖進(jìn)行理解:
從上面表格、圖可以看得出來(lái),大小端的差異在于存放順序不同。 在維基百科中還有有一段關(guān)于“端的起源”:
三、數(shù)組在大端小端情況下的存儲(chǔ)以u(píng)nsigned int value = 0x12345678為例,分別看看在兩種字節(jié)序下其存儲(chǔ)情況,我們可以用unsigned char buf[4]來(lái)表示value。 1.大端模式下
高地址 | buf[3] | 0x78 | 低位 |
- | buf[2] | 0x56 | - |
- | buf[1] | 0x34 | - |
低地址 | buf[0] | 0x12 | 高位 |
地址 | 數(shù)組 | 值 | 位置 |
---|
2.小端模式下
高地址 | buf[3] | 0x12 | 低位 |
- | buf[2] | 0x34 | - |
- | buf[1] | 0x56 | - |
低地址 | buf[0] | 0x78 | 高位 |
地址 | 數(shù)組 | 值 | 位置 |
---|
不知道大家對(duì)數(shù)組進(jìn)行強(qiáng)制轉(zhuǎn)換成整型數(shù)據(jù)沒(méi)有? 如果你要進(jìn)行強(qiáng)制轉(zhuǎn)換,肯定要考慮大小端問(wèn)題。 四、大小端誰(shuí)更好?
小端模式:強(qiáng)制轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)不需要調(diào)整字節(jié)內(nèi)容,1、2、4字節(jié)的存儲(chǔ)方式一樣。
大端模式:符號(hào)位的判定固定為第一個(gè)字節(jié),容易判斷正負(fù)。
總結(jié):大端小端沒(méi)有誰(shuí)優(yōu)誰(shuí)劣,各自優(yōu)勢(shì)便是對(duì)方劣勢(shì)。
五、常見(jiàn)字節(jié)序
常見(jiàn)的操作系統(tǒng)是小端,通訊協(xié)議是大端。
1.常見(jiàn)CPU的字節(jié)序
大端模式:PowerPC、IBM、Sun
小端模式:x86、DEC
ARM既可以工作在大端模式,也可以工作在小端模式。
(內(nèi)容來(lái)自網(wǎng)絡(luò))
2.STM32屬于小端模式
測(cè)試一款MCU屬于大端,還是小端方法很多種,通過(guò)打印數(shù)據(jù),通過(guò)在線調(diào)試查看數(shù)據(jù):
當(dāng)然,在MCU的手冊(cè)中也有相關(guān)說(shuō)明。
六、大小端轉(zhuǎn)換
開(kāi)篇說(shuō)了,實(shí)際應(yīng)用中,大小端應(yīng)用的地方很多通信協(xié)議、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)等。如果字節(jié)序不一致,就需要轉(zhuǎn)換。
只要你理解其中原理(高低順序),轉(zhuǎn)換的方法很多,下面簡(jiǎn)單列列兩個(gè)。
1.對(duì)于16位字?jǐn)?shù)據(jù)
#define BigtoLittle16(A) (( ((uint16)(A) & 0xff00) >> 8) | (( (uint16)(A) & 0x00ff) << 8))
2.對(duì)于32位字?jǐn)?shù)據(jù)
#define BigtoLittle32(A) ((( (uint32)(A) & 0xff000000) >> 24) | (( (uint32)(A) & 0x00ff0000) >> 8) | (( (uint32)(A) & 0x0000ff00) << 8) | (( (uint32)(A) & 0x000000ff) << 24))
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