字节序（Endianness）：大端和小端

写在前面：

本文章旨在总结备份、方便以后查询，由于是个人总结，如有不对，欢迎指正；另外，内容大部分来自网络、书籍、和各类手册，如若侵权请告知，马上删帖致歉。

一、介绍

字节序，也就是字节的顺序，指的是多字节的数据在内存中的存放顺序；在内存中，数据是以字节（8bit）存储的，当存储 16bit或者 32bit时，就面临着大端 （Big-Endian）存储， 还是小端 （Little-Endian） 存储的问题。

二、由来

先来讲一个故事：从前，有一个国王的儿子，在吃鸡蛋的时候，被蛋壳割破了手指；之所以发生这种情况是因为这个国家有一个传统，那就是在吃鸡蛋前从鸡蛋的较大一端开始打破。因为这次事件，国王非常焦虑，决定禁止所有臣民在鸡蛋较大的一端敲蛋；但是该政权的反对者躲了起来，他们想要保持传统，继续从较大的一边打开鸡蛋；为了这一区区争端，导致了小人国的内战，甚至殃及邻国，于是此举也使得这两个岛屿爆发了一场关于鸡蛋的血腥战争… ——《格列佛游记》

当然了，实际上并不是这样的，其实是因为 IBM、Intel等大公司不愿合作，自搞自的，而且当时也没有发布固定的标准，所以就一直沿用，才导致有大小端之分；说到底还是历史遗留问题。

然后就牵涉出两大 CPU派系：

• Motorola 6800，PowerPC 970，SPARC（除V9外）等处理器采用 Big Endian方式存储数据
• x86系列，VAX，PDP-11等处理器采用 Little Endian方式存储数据

因此，字节序只和处理器架构有关

三、大端序和小端序

鸡蛋有两个末端，一个较窄的末端（小端）和一个较宽的末端（大端）

1、大端（big-endian）

大端存储：高字节存储在低地址中，即高位先存

• 数据以 8bit为单位：

地址增长方向 →
...	0x0A	0x0B	0x0C	0x0D	...

示例中，最高位字节是 0x0A 存储在最低的内存地址处。下一个字节 0x0B存在后面的地址处。正类似于十六进制字节从左到右的阅读顺序。

• 数据以 16bit为单位：

地址增长方向 →
...	0x0A0B	0x0C0D	...

最高的16bit单元 0x0A0B存储在低位。

• 32bit排列图示：

2、小端（little-endian）

小端存储：低字节存储在低地址中，即低位先存

• 数据以 8bit为单位：

地址增长方向 →
...	0x0D	0x0C	0x0B	0x0A	...

最低位字节是 0x0D 存储在最低的内存地址处。后面字节依次存在后面的地址处。

• 数据以 16bit为单位：

地址增长方向 →
...	0x0C0D	0x0A0B	...

最低的16bit单元 0x0C0D存储在低位。

• 更改地址的增长方向：

当更改地址的增长方向，使之由右至左时，表格更具有可阅读性。

← 地址增长方向
...	0x0A	0x0B	0x0C	0x0D	...

最低有效位（LSB）是 0x0D 存储在最低的内存地址处。后面字节依次存在后面的地址处。

← 地址增长方向
...	0x0A0B	0x0C0D	...

最低的16bit单元 0x0C0D存储在低位。

• 32bit排列图示：
  

若是你还理解不了或者记不住他们所对应的关系，可以看下图：

四、为什么要注意字节序

如果你写的程序只在单机环境下面运行，而不需要与别人交互，那么你完全可以忽略字节序的存在；若是存在交互，那么就得注意了

eg：

1、在 ARM内核的 stm32f4xx中：

2、在 C8051内核的 51单片机里：

根据上面所说的，因为这两款单片机的字节序（也就是他们存储的方式）不一样，若是实现通讯交互，那么，他们彼此得到的数据将会出现颠倒现象；试想，如果 stm32f4xx单片机将变量 a = 0x12345678 的首地址传递给了 51单片机，由于 51单片机采取 Big Endian 方式存储数据，若是不做处理，那么很自然的它会将你的数据翻译为 0x78563412。显然，问题就出现了！！！

五、字节序的判断

/* 
	原理：
		联合体 union的存放顺序是所有成员都从低地址
		开始存放，而且所有成员共享存储空间
*/
void Endianness(void)
{
	union temp
	{
		short int a;
		char b;
	}temp;
    
	temp.a = 0x1234;
	if( temp.b == 0x12 )//低字节存的是数据的高字节数据
	{
		printf("big-endian\n");//是大端模式
	}
	else
	{
		printf("little-endian\n");//是小端模式
	}
}

六、位序（一般用于描述串行设备的传输顺序）

小端序（先传低位）的串行协议

• RS-232
• RS-422
• RS-485
• USB
• 以太网（虽然高字节先传，但每一字节内低位先传）

大端序（先传高位）的串行协议

• I2C协议
• SPI协议
• 摩尔斯电码

七、大小端转换

#define ReverseBytes_uint16(A)		((A & 0x00FFU) << 8 | (A & 0xFF00U) >> 8)

#define ReverseBytes_uint32(A)		(A & 0x000000FFU) << 24 | (A & 0x0000FF00U) << 8	\
									| (A & 0x00FF0000U) >> 8 | (A & 0xFF000000U) >> 24)

八、例子实验

猜一下以下程序输出什么：

// 假设硬件平台是intel x86(little endian)
typedef unsigned int uint32_t;
#define UC(b) (((int)b)&0xff) //byte转换为无符号int型

void inet_ntoa(uint32_t in){
    char  b[18];
    register  char  *p;
    p = (char *)∈

    sprintf(b, "%d.%d.%d.%d\n", UC(p[0]), UC(p[1]), UC(p[2]), UC(p[3]));
    printf(b);
}

int main(void){
    inet_ntoa(0x12345678);
    inet_ntoa(0x87654321);
    return 0;
}

先来看以下的函数：

int main(void){
    int a = 0x12345678;
    char *p = (char *)&a;
    char str[20];
    sprintf(str,"%d.%d.%d.%d\n", p[0], p[1], p[2], p[3]);
    printf(str);
    return 0;
}

按照小字节序的规则，变量a在计算机中存储方式为：

高地址方向	0x12	0x34	0x56	0x78	低地址方向
	p[3]	p[2]	p[1]	p[0]

  注意，p并不是指向 0x12345678的开头 0x12，而是指向 0x78。p[0]到 p[1]的操作是 &p[0]+1，因此 p[1]地址比 p[0]地址大。输出结果为 120.86.52.18。
反过来的话，令 int a = 0x87654321，则输出结果为 33.67.101.-121。
为什么有负值呢？因为系统默认的 char是有符号的，本来是 0x87也就是 135，大于 127因此就减去 256得到 -121。

那么，最后结果为：120.86.52.18和 33.67.101.135

九、结尾

参考：

https://zh.wikipedia.org/wiki/%E5%AD%97%E8%8A%82%E5%BA%8F

https://www.errorediridondanzaciclico.com/Endianness.html

https://blog.erratasec.com/2016/11/how-to-teach-endian.html#.XnITCyIzapo