如何判断CPU是大端还是小端模式

2018-01-18 C语言阅读量

一、概念及详解

在各种体系的计算机中通常采用的字节存储机制主要有两种： Big-Endian和Little-Endian，即大端模式和小端模式。

Big-Endian和Little-Endian的定义如下：

1) 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。
2) 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。

举一个例子，比如16进制数字0x12345678在内存中的表示形式为：

大端小端没有谁优谁劣，各自优势便是对方劣势：

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。

为什么会有大小端模式之分呢？

这是因为在计算机系统中，我们是以字节为单位的，每个地址单元都对应着一个字节，一个字节为8bit。但是在C语言中除了8bit的char之外，还有16bit的short型，32bit的long型（要看具体的编译器），另外，对于位数大于8位的处理器，例如16位或者32位的处理器，由于寄存器宽度大于一个字节，那么必然存在着一个如何将多个字节安排的问题。因此就导致了大端存储模式和小端存储模式。

例如一个16bit的short型x，在内存中的地址为0x0010，x的值为0x1122，那么0x11为高字节，0x22为低字节。对于大端模式，就将0x11放在低地址中，即0x0010中，0x22放在高地址中，即0x0011中。小端模式，刚好相反。我们常用的x86结构是小端模式，而KEIL C51则为大端模式。很多的ARM，DSP都为小端模式。有些ARM处理器还可以由硬件来选择是大端模式还是小端模式。

如何判断机器的字节序

int i=1;   
char *p=(char *)&i;   
if(*p == 1)     
    printf("小端模式"); 
else // (*p == 0)
    printf("大端模式");

或者使用联合体union：

//return 1 : little-endian
//       0 : big-endian
int checkCPUendian()
{
    union {
        unsigned int a;
        unsigned char b; 
    } c;
  
    c.a = 1;
    return (c.b == 1); 
}

因为联合体union的存放顺序是所有成员都从低地址开始存放，利用该特性就可以轻松地获得了CPU对内存采用Little-endian还是Big-endian模式读写。

顺便可以看下Java中如何判断字节序。Java NIO中的ByteBuffer类使用了Bits.byteOrder()来判断字节序，源代码如下：

class Bits { 

    private static final ByteOrder byteOrder;
    private static final Unsafe unsafe = Unsafe.getUnsafe();

    // 类加载的时候使用unsafe操作
    static {
        long a = unsafe.allocateMemory(8);
        try {
            unsafe.putLong(a, 0x0102030405060708L);
            byte b = unsafe.getByte(a);
            switch (b) {
            case 0x01: byteOrder = ByteOrder.BIG_ENDIAN;     break;
            case 0x08: byteOrder = ByteOrder.LITTLE_ENDIAN;  break;
            default:
                assert false;
                byteOrder = null;
            }
        } finally {
            unsafe.freeMemory(a);
        }
    }


    static ByteOrder byteOrder() {
        if (byteOrder == null)
            throw new Error("Unknown byte order");
        return byteOrder;
    }
    
    // ...省略其他代码...
}

常见的字节序

一般操作系统都是小端，而通讯协议是大端的。

常见CPU的字节序

大小端	CPU
Big Endian	PowerPC、IBM、Sun
Little Endian	x86、DEC

ARM既可以工作在大端模式，也可以工作在小端模式。

常见文件的字节序

文件格式	大小端
Adobe PS	Big Endian
BMP	Little Endian
DXF(AutoCAD)	Variable
GIF	Little Endian
JPEG	Big Endian
MacPaint	Big Endian
RTF	Little Endian

另外，Java和所有的网络通讯协议都是使用Big-Endian的编码。

大端小端的转换方法

#define BigtoLittle16(A)                 ((((uint16)(A) & 0xff00) >> 8) | \
                                         (((uint16)(A) & 0x00ff) << 8))
  
 
#define BigtoLittle32(A)                 ((((uint32)(A) & 0xff000000) >> 24) | \
                                         (((uint32)(A) & 0x00ff0000) >> 8) | \
                                         (((uint32)(A) & 0x0000ff00) << 8) | \
                                         (((uint32)(A) & 0x000000ff) << 24))