芯片的大小端到底是怎么回事？-电源网

本文将带你了解系统大小端的原理以及字节序，如何在程序中对大小端进行检测。如果觉得不错，欢迎关注、分享、收藏、点赞。希望能帮助到大家，如有错误敬请指出，谢谢！

先说内存

程序运行在内存中，计算机中的最小存储单位是Bit，即1和0的二进制，它可以识别的机器码就是以二进制形式存储的；

内存由多个存储单元组成，每个存储单元都有一个唯一的数字地址字节可寻址内存。每个存储位置可以包含固定数量的二进制数字。

在大多数的现代计算机上，地址的最小数据的长度为8位，称为字节（1 Byte = 8 Bit）；

一般计算机中用户程序直接访问的地址是虚拟内存的地址，操作系统内核会根据用户程序访问的虚拟地址，找出页表中对于的物理地址，最终寻址到所需要的数据；具体如下图所示；

然而，在MCU等裸机开发的环境中，没有MMU，则程序直接访问的是物理内存，所以无论是计算机还是MCU在程序运行中都需要内存作为载体，保存数据和运行程序。那么，下面再来看是程序以及数据在内存中是以何种形式存储的？

字节

前面提到过，在大多数的现代计算机上，地址的最小数据的长度为8位，称为字节（1 Byte = 8 Bit）；至于为什么是8位？看起来似乎有点玄学，并且很吉利的一个数字，但是老外好像没有数字迷信，这里的原因大概是因为这几点；

由于计算机内部最本质需要实现的操作是加法，减法，乘法，除法等运算都能通过加法实现，另外由于最早期设计的加法器是8位；
另外一个原因可以追溯到1956年，IBM公司最早提出字节的概念，随着IBM的壮大，字节便专门用来表示二进制数，其中也包括不少优点；易于以BCD码形式保存；用于保存文本也非常合适，另外世界上大部分语言都可以用小于256个字符（一个字节宽度）来表示，如果一个不够，那就两个，比如中文；

[^1]: 编码第15章字节与十六进制

字节顺序

在说大小端之前，要先提一下字节顺序（Endianness），它是描述数据以字节为一组在计算机内存中存储顺序的术语。

字节顺序可以是大端顺序（big-endian）或者小端顺序（little-endian）；在对多字节数据进行存储时，一般遵循以下规则；

小端：数据的最后一个字节先存储，即LSB；
大端：数据的第一个字节先存储，即MSB；

数据0x01020304分别在大端机器和小端机器中的存储形式，具体如下图所示；

在大多数情况下，编译器会处理字节顺序，从而避免出现大小端不一致的问题，但是在以下情况下字节顺序就会成为一个问题。

在通讯中，例如网络编程：假设在小端机器上向文件写入整数，然后将此文件传输到大端机器上。如果没有做大小端转换，那么大端机器就会以相反的顺序读取文件。

TCP/IP协议中，默认使用的是大端顺序，它与具体的CPU类型、操作系统等无关；

那么如何在程序中快速的区分大小端呢？

大端和小端的区分

下面介绍几种通过C语言实现大小端判断的方法；

第一种通过指针的内存对齐来实现；

函数的形式；

unsigned char check_endian( void )
{
    int test_var = 1;
    unsigned char *test_endian = (unsigned char*)&test_var;

    return (test_endian[0] == 0);
}

宏定义的形式；

static uint32_t endianness = 0xdeadbeef; 
enum endianness { BIG, LITTLE };

#define ENDIANNESS ( *(const char *)&endianness == 0xef ? LITTLE \
                   : *(const char *)&endianness == 0xde ? BIG \
                   : assert(0))

更加简洁；

#define IS_BIG_ENDIAN (!*(unsigned char *)&(uint16_t){1})

第二种通过结构体和联合体的内存对齐来实现；

#ifndef ORDER32_H
#define ORDER32_H

#include <limits.h>
#include <stdint.h>

#if CHAR_BIT != 8
#error "unsupported char size"
#endif

enum
{
    O32_LITTLE_ENDIAN = 0x03020100ul,
    O32_BIG_ENDIAN = 0x00010203ul,
    O32_PDP_ENDIAN = 0x01000302ul,      /* DEC PDP-11 (aka ENDIAN_LITTLE_WORD) */
    O32_HONEYWELL_ENDIAN = 0x02030001ul /* Honeywell 316 (aka ENDIAN_BIG_WORD) */
};

static const union { unsigned char bytes[4]; uint32_t value; } o32_host_order =
    { { 0, 1, 2, 3 } };

#define O32_HOST_ORDER (o32_host_order.value)

#endif

当然具体的方法还有很多，本文就先讲到这里。

芯片的大小端到底是怎么回事？

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大端和小端的区分