大小端

所谓的大端模式，是指数据的低位（就是权值较小的后面那几位）保存在内存的高地址中，而数据的高位，保 存在内存的低地址中，这样的存储模式有点儿类似于把数据当作字符串顺序处理：地址由小向大增加，而数据从高位往低位放；
   所谓的小端模式，是指数据的低位保存在内存的低地址中，而数 据的高位保存在内存的高地址中，这种存储模式将地址的高低和数据位权有效地结合起来，高地址部分权值高，低地址部分权值低，和我们的逻辑方法一致。
   为什么会有大小端模式之分呢？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 8bit。但是在C语言中除了8bit的char之外，还有16bit的short型，32bit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果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。

   下面这段代码可以用来测试一下你的编译器是大端模式还是小端模式：

short int x;
char x0,x1;
x=0x1122;
x0=((char*)&x)[0]; //低地址单元
x1=((char*)&x)[1]; //高地址单元
若x0=0x11,则是大端; 若x0=0x22,则是小端......
上面的程序还可以看出，数据寻址时，用的是低位 字节的地址。

http://blog.ednchina.com/wormchen/118126/message.aspx

我们常常看到 “alignment", "endian"之类的字眼, 但很少有C语言教材提到这些概念. 实际上它们是与处理器与内存接口, 编译器类型密切相关的.

考虑这样一个例子: 两个异构的CPU进行通信, 定义了这样一个结果来传递消息:

struct Message
 
 {
 
 short opcode;
 
 char subfield;
 
 long message_length;
 
 char version;
 
 short destination_processor;
 
 }message;

用这样一个结构来传递消息貌似非常方便, 但也引发了这样一个问题: 若这两种不同的CPU对该结构的定义不一样,  两者就会对消息有不同的理解. 有可能导致二义性. 会引发二义性的有这两个方面:

1. 内存地址对齐
2. 大小端定义
   

本文先介绍内存地址对齐和大小端的概念, 再回头来看这个例子就豁然开朗了.

内存地址对齐

洋名叫做" Byte Alignment".

大部分16位和32位的CPU不允许将字或者长字存储到内存中的任意地址. 比如Motorola 68000不允许将16位的字存储到奇数地址中, 将一个16位的字写到奇数地址将引发异常.

实际上, 对于c中的字节组织, 有这样的对齐规则:

• 单个字节(char)能对齐到任意地址
• 2字节(short)以2字节边界对齐
• 4字节(int, long)以4字节边界对齐

不同CPU的对其规则可能不同, 请参考手册.

为什么会有上述的限制呢? 理解了内存组织, 就会清楚了
CPU通过地址总线来存取内存中的数据, 32位的CPU的地址总线宽度既为32位置, 标为A[0:31]. 在一个总线周期内, CPU从内存读/写32位. 但是CPU只能在能够被4整除的地址进行内存访问, 这是因为: 32位CPU不使用地址总线的A1和A2. (比如ARM, 它的A[0:1]用于字节选择, 用于逻辑控制, 而不和存储器相连, 存储器连接到A[2:31].)

访问内存的最小单位是字节 (byte), A0和A1不使用, 那么对于地址来说, 最低两位是无效的, 所以它只能识别能被4整除的地址了. 在4字节中, 通过A0和A1确定某一个字节.

再看看刚才的message结构, 你想想它占了多少字节? 别想当然的以为是10个字节. 实际上它占了12个字节. 不信? 用sizeof(message)看吧. 对于结构体, 编译器会针对起中的元素添加"pad"以满足字节对齐规则. message会被编译器改为下面的形式:

struct Message

{
 
 short opcode;
 
 char subfield;
 
 char pad1; // Pad to start the long word at a 4 byte boundary
 
 long message_length;
 
 char version;
 
 char pad2; // Pad to start a short at a 2 byte boundary
 
 short destination_processor;
 
 char pad3[4]; // Pad to align the complete structure to a 16 byte boundary
 
 };

如果不同的编译器采用不同的对齐规则, 对传递message可就麻烦了.

Byte Endian

是指字节在内存中的组织，所以也称它为Byte Ordering.     

        对于数据中跨越多个字节的对象, 我们必须为它建立这样的约定:

(1) 它的地址是多少? (2) 它的字节在内存中是如何组织的?

        针对第一个问题，有这样的解释:

        对于跨越多个字节的对象，一般它所占的字节都是连续的, 它的地址等于它所占字节 最低地址 .(链表可能是个例外, 但链表的地址可看作链表头的地址).

比如: int x, 它的地址为0x100. 那么它占据了内存中的Ox100, 0x101, 0x102, 0x103这四个字节.

        上面只是内存字节组织的一种情况: 多字节对象在内存中的组织有一般有两种约定. 考虑一个W位的整数. 它的各位表达如下:

[Xw-1, Xw-2, ... , X1, X0]

        它的MSB (Most Significant Byte, 最高有效字节)为[Xw-1, Xw-2, ... Xw-8]; LSB (Least Significant Byte, 最低有效字节)为 [X7, X6, ..., X0]. 其余的字节位于MSB, LSB之间. 

        LSB和MSB谁位于内存的最低地址, 即谁代表该对象的地址? 这就引出了大端(Big Endian)与小端(Little Endian)的问题。

        如果LSB在MSB前面, 既LSB是低地址, 则该机器是小端; 反之则是大端. DEC (Digital Equipment Corporation, 现在是Compaq公司的一部分)和Intel的机器一般采用小端. IBM, Motorola, Sun的机器一般采用大端. 当然, 这不代表所有情况. 有的CPU即能工作于小端, 又能工作于大端, 比如ARM, PowerPC, Alpha. 具体情形参考处理器手册.

        举个例子来说名大小端:  比如一个int x, 地址为0x100, 它的值为0x1234567. 则它所占据的0x100, 0x101, 0x102, 0x103地址组织如下图:

 

        0x01234567的MSB为0x01, LSB为0x67. 0x01在低地址(或理解为"MSB出现在LSB前面，因为这里讨论的地址都是递增的), 则为大端; 0x67在低地址则为小端.

认清这样一个事实: C中的数据类型都是从内存的低地址向高地址扩展，取址运算"&"都是取低地址.

两个测试Bit Endian的小程序

method_1

#include <stdio.h> int main(int argc, char *argv[]) {   int c = 1;   if ((*(char *)&c) == 1) {     printf("little endian/n");   }   else     printf("big endian");   return 0; }

        int c 在内存中的表达为: 0x 00 000001 . (这里假设int为4字节). 用char可以截取一个字节. LSB为0x01, 若它出现在c的低地址, 则为小端.

method_2

#include <stdio.h> int main(void) { /* Each component to a union type is allocated storage at the beginning of the union */             union {     short n;     char c[sizeof(short)];   }un;     un.n = 0x01 02 ;     if ((un.c[0] == 1 && un.c[1] == 2))     printf("big endian/n");   else if ((un.c[0] == 2 && un.c[1] == 1))     printf("little endian/n");   else     printf("error!/n");   return 0; }

      
        union中元素的起始地址都是相同的——位于联合的开始. 用char来截取感兴趣的字节.
     

区分大端与小端有什么用呢? 如果两个不同Endian的机器进行通信时, 就有必要区分了

http://blog.csdn.net/reiskie/archive/2007/06/11/1647605.aspx