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C語言大小端模式、判斷大小端、大小端轉(zhuǎn)換方法詳解

更新時間：2024年10月23日 09:42:26 作者：微塵8

這篇文章主要介紹了C語言大小端模式、判斷大小端、大小端轉(zhuǎn)換的相關(guān)資料,大端和小端是數(shù)據(jù)在內(nèi)存中的存儲方式,大端模式下高字節(jié)存于低地址,小端模式則相反,大小端問題由數(shù)據(jù)類型多字節(jié)存儲引起,不同選擇形成不同存儲模式,需要的朋友可以參考下

1. 什么是大端和小端

對于一個存儲空間大于 1 個字節(jié)的數(shù)據(jù)，在內(nèi)存中有兩種存儲模式，

大端模式 (big-endian)：數(shù)據(jù)的高字節(jié)在內(nèi)存的低地址存放，數(shù)據(jù)的低字節(jié)在內(nèi)存的高地址存放

小端模式 (little-endian)：數(shù)據(jù)的高字節(jié)在內(nèi)存的高地址存放，數(shù)據(jù)的低字節(jié)在內(nèi)存的低地址存放

簡單記憶：

大端模式：大高低

小端模式：小低低

比如，比如數(shù)字：0x12345678，大小端存儲模式如下：

2.為什么會存在大小端的問題

在 C 語言中，有占 1 個字節(jié)內(nèi)存空間的 char 類型，占 2 個字節(jié)內(nèi)存空間的 short int 類型，以及占 4 個字節(jié)內(nèi)存空間的 int，double 類型和占 8 個字節(jié)內(nèi)存空間的 double 類型等等，那么對于大于 1 個字節(jié)空間的數(shù)據(jù)類型的數(shù)據(jù)在內(nèi)存中存儲時，就必然產(chǎn)生一個數(shù)據(jù)在內(nèi)存中應(yīng)該將其低字節(jié)數(shù)據(jù)安排在內(nèi)存的低地址還是高地址呢？，對這個問題做的不同選擇，就形成了大小端問題。

3. 判斷主機字節(jié)序 (主機大小端)

3.1 使用聯(lián)合體 (union)

聯(lián)合體的每一個成員共用一個內(nèi)存地址，修改其中一個成員的數(shù)據(jù)，可能會影響其它成員的數(shù)據(jù)的值。比如以下聯(lián)合體，成本變量 i 和 c 的內(nèi)存地址是相同的，它的內(nèi)存分布示意圖為

	union {
		int i;
		char c;
	}un;	// 匿名聯(lián)合體

#include <stdio.h>

int is_little_endian() {
	union {
		int i;
		char c;
	}un;	// 匿名聯(lián)合體
	un.i = 1;	

	return un.c;	// 小端：返回 1，說明數(shù)據(jù)的低字節(jié)在內(nèi)存的低地址存放
					// 大端：返回 0，說明數(shù)據(jù)的低字節(jié)在內(nèi)存的高地址存放
}

int main() {
	if (is_little_endian())
		printf("little-endian\n");
	else
		printf("big-endian\n");

	return 0;
}

3.2 使用指針

#include <stdio.h>

int is_little_endian() {
	int i = 1;

	// 等同于 char* p = (char*)&i; return *p;
	return *(char*)&i;	// 小端：返回 1，說明數(shù)據(jù)的低字節(jié)在內(nèi)存的低地址存放
						// 大端：返回 0，說明數(shù)據(jù)的低字節(jié)在內(nèi)存的高地址存放
}

int main() {
	if (is_little_endian())
		printf("little-endian\n");
	else
		printf("big-endian\n");

	return 0;
}

3.3 強制轉(zhuǎn)為 char 類型法

#include <stdio.h>

int is_little_endian() {
	int i = 1;

	// (char)i : 強轉(zhuǎn)為 char 類型，實際就是取 i 在內(nèi)存中第一個字節(jié)的數(shù)據(jù)
	return (char)i;	// 小端：返回 1，說明數(shù)據(jù)的低字節(jié)在內(nèi)存的低地址存放
					// 大端：返回 0，說明數(shù)據(jù)的低字節(jié)在內(nèi)存的高地址存放
}

int main() {
	if (is_little_endian())
		printf("little-endian\n");
	else
		printf("big-endian\n");

	return 0;
}

4. 大小端轉(zhuǎn)換

1. 編寫大小端轉(zhuǎn)化函數(shù)，并打印本機字節(jié)序下的數(shù)字：0x11223344，分別在小端模式和大端模式下是什么數(shù)據(jù)。

#include <stdio.h>

int is_little_endian();
int to_opposite_endian(int data);
int to_big_endian(int data);
int to_little_endian(int data);

int main() {
	int i = 0x11223344;
	printf("little_endian:	%x\n", to_little_endian(i));
	printf("big_endian:	%x\n", to_big_endian(i));

	return 0;
}

int is_little_endian() {
	int i = 1;

	return (char)i;	// 小端：返回 1，大端：返回 0
}

// 大小端轉(zhuǎn)換
int to_opposite_endian(int data) {
	int size = sizeof(data);
	int des = 0;		// 目標數(shù)據(jù)
	int mask = 0xff;	// 掩碼
	int temp;

	for (int i = 0; i < size; i++) {
		des = des << 8;			// 左移8位
		temp = data & mask;		// 取值
		temp = temp >> i * 8;	// 移到低8位
		des |= temp;
		mask = mask << 8;		// 掩碼左移8位，為下一次取數(shù)據(jù)用
	}

	return des;
}

int to_big_endian(int data) {
	if (!is_little_endian())	// 大端
		return data;

	return to_opposite_endian(data);
}

int to_little_endian(int data) {
	if (is_little_endian())	// 小端
		return data;

	return to_opposite_endian(data);
}

2. 在網(wǎng)絡(luò)編程中，可以使用 htonl, htons, ntohl, ntohs 等函數(shù)

htonl(uint32_t hostlong) // host to network long，32位無符號整型的主機字節(jié)序轉(zhuǎn)成網(wǎng)絡(luò)字節(jié)序
htons(uint16_t hostshort) // host to network short，16位無符號短整型的主機字節(jié)序轉(zhuǎn)成網(wǎng)絡(luò)字節(jié)序
ntohl(uint32_t netlong) // network to host long，32位無符號整型的網(wǎng)絡(luò)字節(jié)序轉(zhuǎn)成主機字節(jié)順序的
ntohs(uint16_t netshort) //16位無符號短整型的網(wǎng)絡(luò)字節(jié)序轉(zhuǎn)成主機字節(jié)序

網(wǎng)絡(luò)字節(jié)序：大端模式(big-endian)，即數(shù)據(jù)的高字節(jié)在內(nèi)存的高地址存放，數(shù)據(jù)的低字節(jié)在內(nèi)存的低地址存放。

附：大小端轉(zhuǎn)換函數(shù)

直接通過對地址的操作來實現(xiàn) 傳入的變量為32位的變量
中間變量ptr是傳入變量的地址

void swap16(void * p)
{
   uint16_t *ptr=p;
   uint16_t x = *ptr;
   x = (x << 8) | (x >> 8);

   *ptr=x;
}

void swap32(void * p)
{
   uint32_t *ptr=p;
   uint32_t x = *ptr;
   x = (x << 16) | (x >> 16);
   x = ((x & 0x00FF00FF) << 8) | ((x >> 8) & 0x00FF00FF);

   *ptr=x;
}

void swap64(void * p)
{
   uint64_t *ptr=p;
   uint64_t x = *ptr;
   x = (x << 32) | (x >> 32);
   x = ((x & 0x0000FFFF0000FFFF) << 16) | ((x >> 16) & 0x0000FFFF0000FFFF);
   x = ((x & 0x00FF00FF00FF00FF) << 8) | ((x >> 8) & 0x00FF00FF00FF00FF);

   *ptr=x;
}