简单讲解C/C++中大小端及其对位域的影响

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对于很多C/C++开发人员而言，大小端这个词一定有所听闻。而其他语言的开发者，如JAVA、Python等上层语言开发者，则可能从未听说过这个词。

那么，什么是大小端呢。

大端模式：Big-endian，是指数据的高字节部分保存在内存的低地址处，而低字节部分则保存在内存的高地址处。

小端模式：Little-endian，是指数据的高字节部分保存在内存的高地址处，而低字节部分则保存在内存的低地址处。

如果只是简单描述这样一个概念，大家对大小端的理解也仅仅停留在概念上而已。那么，为什么会有大小端呢，在什么场合需要考虑到大小端呢。

现在假设我们需要向另一个进程传输一个数据，其值为0x720000。这时候我们一般会约定按照大端模式进行传递，这样当我们以字节数组传递时，形式是这样的：

unsigned char data[4]={0x72,0x00,0x00,0x00};

此时data[0]=0x72,data[1]=0x00,data[2]=0x00,data[3]=0x00。这时候使用大端模式，其实是为了方便人类的阅读和书写，因为这样更符合人们从左往右的阅读习惯。

现在让我们来看看，0x7200000000这个数据在计算机内部是如何存储的。

如果是大端模式，那这个数据的存储格式是这样的：

如果是小端模式，则其存储的格式为：

当CPU要对0x72000000这个数据进行计算处理时，由于涉及到进位运算，都会先从低字节的数据开始执行运算过程，再加上计算机的寻址方式是从低地址向高地址进行迁移。所以在以上两种方式中，唯有小端模式能够使CPU以最小的开销完成计算。

所以，当代计算机大都以小端模式为主。

综合以上，我们其实可以得出：

• 在数据传输协议上，使用大端模式更符合人类对数据处理的规则。
• 在数据的存储形式上，使用小端模式更有利于CPU处理我们的数据。

在实际使用中，大小端还有其他的影响，那就是涉及到位操作时。

比如，外部向我们传输一个字节的数据，该数据为0x14。该数据共有8bit，其中不同的位域代表着不同的涵义。参见以下代码：

union example
{
    unsigned char data;
    struct
    {
        unsigned char a:1;
        unsigned char b:1;
        unsigned char c:1;
        unsigned char d:1;
        unsigned char e:1;
        unsigned char f:1;
        unsigned char g:1;
        unsigned char h:1;
    }V;
};
union example Example.data=0x14;

结合上文，现在我们已经知道共用体变量Example中的data数据为0x14,现在我们要分别求出Examlpe.V.a与 Examlpe.V.b…… Examlpe.V.h的值，如果是大端模式，其值为：

Example.V.a=0;
Example.V.b=0;
Example.V.c=0;
Example.V.d=1;
Example.V.e=0;
Example.V.f=1;
Example.V.g=0;
Example.V.h=0;

如果是小端模式，其各自的值则为：

Example.V.a=0;
Example.V.b=0;
Example.V.c=1;
Example.V.d=0;
Example.V.e=1;
Example.V.f=0;
Example.V.g=0;
Example.V.h=0;

为了便于大家更好的理解，我将其写成以下形式：

由此可以得出，大小端对单个字节的位域是有很大影响的，如果是大端模式，其位域排列由高bit指向低bit，即由bit7->bit0，而小端模式则相反。

再次对大小端做个总结：

• 需要关注大小端的时机分为两个：涉及数据读写，协议解析以及位操作时。
• 从数据传输的协议层面上，大端模式更便于我们理解；在计算机内部存储形式上，小端模式更实用。
• 大小端对字节内部存储的位域形式是有影响的，大端模式则从高bit向低bit排列，小端模式相反。