CPU的大小端模式?是指在存儲(chǔ)和處理多字節(jié)數(shù)據(jù)時(shí)，字節(jié)的順序是如何排列的。它涉及到字節(jié)在內(nèi)存中的存儲(chǔ)方式以及讀取和解釋這些字節(jié)的順序。主要有兩種大小端模式：?大端模式(Big-Endian)?和?小端模式(Little-Endian)?。

大端模式(Big-Endian)

在大端模式下，數(shù)據(jù)的高位字節(jié)存儲(chǔ)在低地址，低位字節(jié)存儲(chǔ)在高地址。例如，對(duì)于十六進(jìn)制數(shù)0x12345678，在大端模式下，其在內(nèi)存中的存儲(chǔ)順序?yàn)?2 34 56 78。這種存儲(chǔ)方式符合人類的直觀認(rèn)知，適合需要人類直接讀取和處理數(shù)據(jù)的場景?12。

小端模式(Little-Endian)

與大端模式相反，小端模式下數(shù)據(jù)的低位字節(jié)存儲(chǔ)在低地址，高位字節(jié)存儲(chǔ)在高地址。例如，對(duì)于十六進(jìn)制數(shù)0x12345678，在小端模式下，其在內(nèi)存中的存儲(chǔ)順序?yàn)?8 56 34 12。小端模式在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中更為常見，因?yàn)樗沟脭?shù)據(jù)的讀取和寫入更加高效?12。

大小端模式的優(yōu)缺點(diǎn)

?大端模式的優(yōu)點(diǎn)?：

判斷正負(fù)性非常容易，因?yàn)楦呶蛔止?jié)表示符號(hào)位。

?大端模式的缺點(diǎn)?：

數(shù)據(jù)讀取順序與人類閱讀習(xí)慣相反，可能導(dǎo)致效率較低。

?小端模式的優(yōu)點(diǎn)?：

數(shù)據(jù)讀取順序與人類閱讀習(xí)慣一致，讀取和寫入效率較高。

?小端模式的缺點(diǎn)?：

判斷正負(fù)性需要更多的計(jì)算步驟。

不同體系結(jié)構(gòu)的大小端模式

不同的體系結(jié)構(gòu)有不同的默認(rèn)模式：

?x86架構(gòu)?：通常采用小端模式。

?網(wǎng)絡(luò)協(xié)議?：常用的網(wǎng)絡(luò)字節(jié)序采用大端模式(例如TCP/IP協(xié)議)?。

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。

一、大小端存儲(chǔ)機(jī)制

1.大端模式(Big-Endian)

大端模式，也被稱為大字節(jié)序。在這種模式下，數(shù)據(jù)的高位字節(jié)存儲(chǔ)在低地址，低位字節(jié)存儲(chǔ)在高地址。這就好比我們?nèi)祟悤鴮憯?shù)字的習(xí)慣，從左到右，高位在前，低位在后。例如，對(duì)于一個(gè)十六進(jìn)制數(shù) 0x12345678，它由4個(gè)字節(jié)組成，分別是 0x12、0x34、0x56 和 0x78。在大端模式下，存儲(chǔ)順序?yàn)?0x12 0x34 0x56 0x78。從內(nèi)存地址的角度來看，低地址處存儲(chǔ)的是高位字節(jié) 0x12，隨著地址的升高，依次存儲(chǔ) 0x34、0x56 和 0x78。這種存儲(chǔ)方式符合人類的直觀認(rèn)知，在一些需要人類直接讀取和處理數(shù)據(jù)的場景中具有一定的優(yōu)勢(shì)。

為了更好地理解大端模式，我們可以想象一個(gè)書架，每一層代表一個(gè)內(nèi)存地址，而書本則代表字節(jié)數(shù)據(jù)。當(dāng)我們按照大端模式擺放書本時(shí)，會(huì)將重要的信息(高位字節(jié))放在書架的底層(低地址)，隨著層數(shù)的增加，依次放置次要的信息(低位字節(jié))。這樣，當(dāng)我們從書架底部開始讀取書本時(shí)，就能按照我們習(xí)慣的順序獲取數(shù)據(jù)。

大小端(Endianess)是指計(jì)算機(jī)系統(tǒng)在存儲(chǔ)多字節(jié)數(shù)據(jù)時(shí)，字節(jié)的順序，即存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的字節(jié)順序。

計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的內(nèi)存是以字節(jié)為單位進(jìn)行劃分的，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)的大小為8bit，可以存放一個(gè)8位的二進(jìn)制數(shù)，比如10101010。但是在C語言中除了8bit的char類型之外還有16bit的short類型，32bit的long類型，這主要取決于具體的編譯器。且對(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1個(gè)字節(jié)，那么必然存在著如何將多個(gè)字節(jié)安排進(jìn)入內(nèi)存的問題，因?yàn)榫彤a(chǎn)生的大端存儲(chǔ)模式和小端存儲(chǔ)模式。

2.小端模式(Little-Endian)

與大端模式相反，小端模式(Little-Endian)下，數(shù)據(jù)的低位字節(jié)存儲(chǔ)在低地址，高位字節(jié)存儲(chǔ)在高地址。同樣以 0x12345678 為例，在小端模式下，存儲(chǔ)順序?yàn)?0x78 0x56 0x34 0x12。這意味著在低地址處存儲(chǔ)的是低位字節(jié) 0x78，而高位字節(jié) 0x12 則存儲(chǔ)在高地址處。小端模式在x86/ARM等常見的處理器架構(gòu)中被廣泛使用。

我們依然以書架為例來理解小端模式。在小端模式下，我們會(huì)將不太重要的信息(低位字節(jié))放在書架的底層(低地址)，而重要的信息(高位字節(jié))則放在書架的上層(高地址)。這種存儲(chǔ)方式雖然與人類的書寫習(xí)慣不同，但在計(jì)算機(jī)的處理過程中卻有著獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。例如，在進(jìn)行數(shù)據(jù)的加法、減法等運(yùn)算時(shí)，小端模式可以更方便地處理低位字節(jié)，提高運(yùn)算效率。

二、數(shù)據(jù)傳輸中的大小端問題

當(dāng)一臺(tái)小端機(jī)器需要向網(wǎng)絡(luò)發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，它必須先將數(shù)據(jù)從本機(jī)的小端模式轉(zhuǎn)換為大端模式。這是因?yàn)榫W(wǎng)絡(luò)協(xié)議規(guī)定了數(shù)據(jù)在網(wǎng)絡(luò)中傳輸時(shí)必須采用大端模式，只有這樣，接收方才能正確地解析數(shù)據(jù)。例如，一臺(tái)采用x86架構(gòu)的計(jì)算機(jī)(小端模式)要向另一臺(tái)計(jì)算機(jī)發(fā)送一個(gè)32位的整數(shù) 0x12345678，在發(fā)送之前，它需要將這個(gè)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為大端模式 0x12 0x34 0x56 0x78 再進(jìn)行發(fā)送。

在接收數(shù)據(jù)時(shí)，小端機(jī)器又需要將接收到的大端模式數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換回小端模式，以便在本機(jī)上進(jìn)行正確的處理。例如，當(dāng)這臺(tái)x86計(jì)算機(jī)接收到一個(gè)來自網(wǎng)絡(luò)的32位整數(shù)數(shù)據(jù)時(shí)，它會(huì)先將數(shù)據(jù)從大端模式轉(zhuǎn)換為小端模式，然后再進(jìn)行后續(xù)的處理。這個(gè)轉(zhuǎn)換過程就像是一場翻譯工作，確保數(shù)據(jù)在不同的“語言環(huán)境”(端模式)之間能夠正確地交流。

網(wǎng)絡(luò)協(xié)議強(qiáng)制使用大端字節(jié)序的原因主要是為了保證數(shù)據(jù)的一致性和兼容性。不同的計(jì)算機(jī)可能采用不同的端模式，如果沒有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，數(shù)據(jù)在傳輸過程中就會(huì)出現(xiàn)混亂。例如，一個(gè)小端機(jī)器發(fā)送的數(shù)據(jù)在另一個(gè)大端機(jī)器上可能會(huì)被錯(cuò)誤地解析，導(dǎo)致數(shù)據(jù)的錯(cuò)誤處理。通過統(tǒng)一采用大端字節(jié)序，網(wǎng)絡(luò)協(xié)議為不同端模式的計(jì)算機(jī)之間搭建了一座溝通的橋梁，使得數(shù)據(jù)能夠在網(wǎng)絡(luò)中準(zhǔn)確地傳輸和共享。

大小端的轉(zhuǎn)換

在處理數(shù)據(jù)時(shí)，尤其是在網(wǎng)絡(luò)通信和文件讀寫中，可能需要在大端(Big Endian)和小端(Little Endian)之間進(jìn)行轉(zhuǎn)換。以下是幾種常見的大小端轉(zhuǎn)換方法，包括使用標(biāo)準(zhǔn)庫函數(shù)和手動(dòng)實(shí)現(xiàn)。

使用標(biāo)準(zhǔn)庫函數(shù)

在許多C標(biāo)準(zhǔn)庫中，提供了網(wǎng)絡(luò)字節(jié)序的轉(zhuǎn)換函數(shù)，可以用來進(jìn)行大小端的轉(zhuǎn)換。以下是幾個(gè)常用的函數(shù)：

htonl()：將主機(jī)字節(jié)順序轉(zhuǎn)換為網(wǎng)絡(luò)字節(jié)順序(32位整數(shù))

htons()：將主機(jī)字節(jié)順序轉(zhuǎn)換為網(wǎng)絡(luò)字節(jié)順序(16位整數(shù))

ntohl()：將網(wǎng)絡(luò)字節(jié)順序轉(zhuǎn)換為主機(jī)字節(jié)順序(32位整數(shù))

ntohs()：將網(wǎng)絡(luò)字節(jié)順序轉(zhuǎn)換為主機(jī)字節(jié)順序(16位整數(shù))