大小端字节序和内存高低地址顺序

news2024/9/21 19:40:45

1. 大小端字节序

1.1 什么是大小端字节序？

1.2 为什么有大小端字节序?

1.3 习题：用程序结果判断大端小端

2. 各种易混淆的高低地址顺序

2.1 监视窗口的地址表示【计算机标准展示方式】

2.2 横向地址表示

2.3 一个字节与多个字节的地址顺序区别

2.4 内存空间的开辟顺序

3. 判断练习

1. 大小端字节序

1.1 什么是大小端字节序？

其实超过⼀个字节的数据在内存中存储的时候，就有存储顺序的问题。按照不同的存储顺序，我们分为大端字节序存储和小端字节序存储，下面是具体的概念：

大小端描述的对象是低位字节
⼤端（存储）模式：是指数据的低位字节内容保存在内存的高地址处，⽽数据的高位字节内容，保存在内存的低地址处。（低位数——高地址）
小端（存储）模式：是指数据的低位字节内容保存在内存的低地址处，⽽数据的⾼位字节内容，保存在内存的⾼地址处。（低位数——低地址）

假设现在有一个int型大小的16进制数0x11223344，它在小端序和大端序是下面这样的：

Visual Studio 2022采用的是小端字节序存储。

代码演示：

int main()
{
  int a = 0x11223344; 
  return 0;
}

1.2 为什么有大小端字节序?

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8 bit 位，但是在C语⾔中除了8 bit 的 char 之外，还有16 bit 的 short 型，32 bit 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。

1.3 习题：用程序结果判断大端小端

请简述⼤端字节序和⼩端字节序的概念，设计⼀个小程序来判断当前机器的字节序。--- 百度笔试题

分析：

假如我们有一个int型的十进制数1，如果是小端字节序，它的16进制排列是01 00 00 00；如果是大端字节序，它的16进制排列是00 00 00 01。
指针接收变量的地址是该变量最低地址。
指针的类型决定指针访问的步长。

知道了这几个知识，我们就可以写成这个程序：

int check_sys()
{
	int i = 1;
	return (*(char*)&i);
}

int main()
{
	int ret = check_sys();
	if (ret == 1)
		printf("小端\n");
	else
		printf("大端\n");
	return 0;
}

在VS下输出是小端：

char*指针只能访问一个字节，如果是小端字节序，读到的是数据01，即十进制的1；如果是大端字节序，读到的数据是00，即十进制的0。

2. 各种易混淆的高低地址顺序

2.1 监视窗口的地址表示【计算机标准展示方式】

监视窗口的数据都是16进制的数字，常用“列4”的表示方式。

监视窗口的地址顺序：

(1)横轴：从左往右看，地址变低。(左低右高)

(2)纵轴：从上往下看，地址变高。(上低下高)

代码演示：(十进制的5 等于十六进制的00 00 00 05)

int main()
{
	int a = 5;
	return 0;
}

列为4时的监视窗口展示顺序：(int是4个字节，所以“列4”是最常用的展示方式)

列为1时的监视窗口展示顺序：

图示：

2.2 横向地址表示

因为监视窗口的标准展示顺序既有横向的地址变化，又有竖向的地址变化，太过复杂。

为了方便自己的理解，我们常采用横向的地址顺序。

(横向地址顺序不是第一次出现了，在我们学习数组的时候就已经接触过，只是当时用的数据是十进制的数据，没有大小端字节序的概念)

比如刚刚的int a=5，用横向的地址表示是下面这样：

图示：

2.3 一个字节与多个字节的地址顺序区别

一个字节中，无地址顺序【无高低地址之分的数字位数顺序】

在数学上没有高低地址的说法，只是在物理的内存结构中有高低地址之分。
而最小的内存单元的大小是一个字节，对于一个最小单元来说，本质是8个二进制数字，显示的是2个16进制数字。
而一个数字是不会分高低地址的，只有高位数与低位数之分（即数字位数顺序）。
而数字位数顺序是固定的，从左向右位序依次降低。比如十进制：从左往右，千位->百位->十位->个位……

多个字节中，有地址顺序，而且在VS2022中采用的是小端字节序的地址排序。

低位字节在低地址。
低位的2个16进制数，放在低地址。

例如，我们有1个int型的数据：int a = 0x12345678(十六进制数)

它的内存图示是如下：

监视窗口也是这样：

2.4 内存空间的开辟顺序

对于前后创建的多个变量或数组：

在debug，x86环境下：

栈区内存的使⽤习惯是从⾼地址向低地址使⽤的。【按代码顺序，先在高地址创建变量(或数组)，再向低地址创建变量(或数组)】

在release环境或 x64环境下：

栈区内存的使⽤习惯是从低地址向高地址使⽤的。【按代码顺序，先在低地址创建变量(或数组)，再向高地址创建变量(或数组)】

具体的例子可以看我这篇博客：https://blog.csdn.net/2301_80030290/article/details/141333314?spm=1001.2014.3001.5502#t16

对于创建的同一个数组：

arr[0]是最低的地址（首地址），元素越靠后地址越高。

3. 判断练习

请判断下面的代码运行后的结果：（环境：VS2022 ,debug, X86）

int main()				//大小端的
{
	int arr[4] = { 1, 2, 3, 4 };
	int* ptr1 = (int*)(&arr + 1);
	int* ptr2 = (int*)((int)arr + 1);
	printf("%x\n%x", ptr1[-1], *ptr2);
	return 0;
}

运行结果：