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[c语言日寄MAX]深度解析：大小端字节序

siy2333

发布于 2025-03-27 00:35:23

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前言

大小端字节序是什么？怎么通过程序判断机器是大端还是小段？全局变量和局部变量对大小端的判断有影响吗？本文将为你带来深度的大小端字节序解析，力求一文解决全部疑问。

一、什么是大小端字节序？

大小端字节序是计算机中存储 多字节数据时字节的排列顺序。它们是两种不同的存储方式。

1. 书面定义

大端字节序（Big-Endian）

定义：大端字节序是指在多字节数据中，高位字节存放在内存的低地址端，低位字节存放在内存的高地址端。也就是说，数据的最高有效字节（MSB）存储在地址最低的位置，最低有效字节（LSB）存储在地址最高的位置。

小端字节序（Little-Endian）

定义：小端字节序是指在多字节数据中，低位字节存放在内存的低地址端，高位字节存放在内存的高地址端。也就是说，数据的最低有效字节（LSB）存储在地址最低的位置，最高有效字节（MSB）存储在地址最高的位置。

2.直观理解

我们假设有这样一段由低地址到高地址的内存，每一个格子代表1字节：

现在，我们要将一个有符号整形（int）数据储存在里面。

小端字节序按照“高对高，低对低”的顺序排列。所谓“高对高，低对低”意思是：高地址存放高位数据，低地址存放低位数据。

而大端则是反过来，”低对高，高对低“。意思是：低地址存放高位数据，高地址存放低位数据。

高位数据和低位数据

高地址我们知道是哪里，但是什么是高位数据呢？什么又是低位数据呢？我们看这样一个例子：

可以看到，对于一个整形数字“2147483649”而言，哪些是低位，哪些是高位。也就是：高位代表权重更高的比特位，低位代表权重低的比特位。对于这个数据，低位的”1“是2^0，计入的值是1。而高位的”1“是2^31,计入的值为2147483648。

大小端对比

知道了排序规则和高位和低位的定义，我们就可以知道大、小端机器怎么存放多字节数据。我们将内存映射出来，把他们的数据放在一起对比：

结合这张图，我们就可以理解大、小端字节序的区别。

值得注意的是：我们发现，在图中的数据，大小端的区别只在字节层面上。而字节之下：字节内部 比特位 的排列顺序没有被改变。

二、怎么写程序判断机器是大端还是小端？

指针

在写这个程序之前，我们需要知道计算机是怎么读取数据的。对于c语言而言，读取内存需要一个指针，这个指针存放着数据在内存中的地址。

结合这张图，我们知道，无论是大端还是小端，指向数据的指针，都在低地址位。

数据的类型会影响指向数据的指针位置吗？

不会。我们知道，数据一般分为两种，一种是变量数据，一种是动态内存分配的数据。

动态内存分配

我们知道，动态内存规划分配的内存储存在”堆“中，而堆的使用习惯是优先使用低地址位。如果我们要动态内存分配一个整形数据，那么内存开辟是这样的：

可以看到，我们在低地址已经使用的内存之后开辟了4个字节的内存。这个新数据的指针如图：

没错，此时的指针指向的依旧是数据的低地址处。

变量数据

再来看看变量数据。变量数据储存在”栈“中，而栈的使用习惯是先使用高地址，再使用低地址。如果我们要开辟一个整形变量，那么它在内存中是这样操作的：

这个变量数据的指针是这样的：

总结：无论是变量还是动态内存分配的数据，指针位置都是低地址处。

基础判断函数

想要判断大小端，只需要判断指针位置对应的字节就可以了。

那么，思路就是：

设置一个无符号整形(unsigned int)变量，赋值“1”。（往内存中存入数据）
强制类型转换为无符号字符（unsigned char）类型（只读取第一个字节的数据）
判断数据是0，还是1。（0就是小端，1就是大端）

解决方案如下：

#include <stdio.h>

// 函数声明：判断系统是大端字节序还是小端字节序
int isLittleEndian() {
    // 定义一个无符号整型变量，赋值为1
    unsigned int x = 1;

    // 将x的地址强制转换为unsigned char指针
    // 这样可以逐字节访问x的内存
    unsigned char* bytePointer = (unsigned char*)&x;

    // 检查x的第一个字节（最低地址的字节）
    // 如果x的值为1，那么在小端字节序下，第一个字节为1
    // 在大端字节序下，第一个字节为0
    if (bytePointer[0] == 1) {
        // 如果第一个字节为1，说明是小端字节序
        return 1;
    } else {
        // 否则是大端字节序
        return 0;
    }
}

int main() {
    // 调用函数判断字节序
    if (isLittleEndian()) {
        printf("System is Little Endian.\n");
    } else {
        printf("System is Big Endian.\n");
    }

    return 0;
}

联合体判断法

使用联合体（union）也可以实现判断大小端字节序的功能。基于联合体的解决方案如下：

#include <stdio.h>

// 定义一个联合体，包含一个无符号整型和一个无符号字符数组
union EndianChecker {
    unsigned int value; // 用于存储整数值
    unsigned char bytes[sizeof(unsigned int)]; // 用于逐字节访问value的内存
};

// 函数声明：判断系统是大端字节序还是小端字节序
int isLittleEndian() {
    // 创建一个联合体变量
    union EndianChecker checker;

    // 将联合体的value成员赋值为1
    checker.value = 1;

    // 检查联合体的bytes数组的第一个字节
    // 如果是小端字节序，第一个字节（最低地址的字节）为1
    // 如果是大端字节序，第一个字节为0
    if (checker.bytes[0] == 1) {
        // 如果第一个字节为1，说明是小端字节序
        return 1;
    } else {
        // 否则是大端字节序
        return 0;
    }
}

int main() {
    // 调用函数判断字节序
    if (isLittleEndian()) {
        printf("System is Little Endian.\n");
    } else {
        printf("System is Big Endian.\n");
    }

    return 0;
}