4. 大小端介绍

概念：

大端（存储）模式，是指数据的低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；

小端（存储）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。

为什么有大端和小端？

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8 bit。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。

字节序：以字节为单位讨论数据的存储的。一个char类型只占用一个字节，所以对char类型讨论大小端字节序是没有意义的，这里大小端字节序是针对占用的内存空间大于1个字节的整数数据类型的。

大小端字节序是由电脑内置部件决定的，与编译器的类型无关。这里作者的电脑是以小端字节序存储的。

4.1 练习

Q1

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。

Answer：

#include <stdio.h>
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;
}

以下是错误的写法：

int main()//这种是错误的
{
  int a = 0x11223344;
  char b = (char)a;//无论如何b拿到的都是a的最低字节的数据 
  if (b == 0x44)
  printf("小端!\n");
  if (b == 0x11)
  printf("大端！\n");
  return 0;
}

上面这段代码无论如何b拿到的都是a的最低字节的数据 。

Q2

//输出什么？
#include <stdio.h>
int main()
{
    char a= -1;
    unsigned char c=-1;
    printf("a=%d,c=%d",a,c);
    return 0;
}

char a= -1;//-1的二进制补码是32个1。因为char只有一个字节，存放不下，先发生截断，a中存放的就是8个1。

unsigned char c = -1;//c也是只有1个字节，发生截断，存放的也是8个1。

当 printf("a = %d,c = %d",a,c);执行时，由于%d代表的是有符号打印，所以a和c均会发生整形提升：

先看a的整形提升：a是有符号数，整形提升时补的是符号位，所以就补1，变成32个1，又因为是以有符号的形式打印，而符号位又是1，所以将32个1翻译成原码就是-1，即打印-1.

再看b的整形提升，b是无符号数，整形提升时，最高位补0，所以b就变成了24个0和8个1，又因为是以有符号的形式打印，而符号位是0，翻译成原码就是255。

运行结果：

Q3

//输出什么？
#include <stdio.h>
int main()
{
    char a = -128;
    printf("%u\n",a);
    return 0;
}

-128的

原码：100000000000000000000000010000000

反码：111111111111111111111111101111111

补码：111111111111111111111111110000000

由于a只有8比特的空间，所以发生截断，a中存放的是：10000000

在执行 printf("%u\n",a);语句时，因为%u是无符号整形打印：所以a会发生整形提升，由于a是signed char，为有符号类型，整形提升时高位补符号位的数，也就是补1，所以此时a中存放的是：11111111111111111111111110000000，因为是%u无符号打印，所以直接将这串二进制序列看作原码进行打印。

运行结果：

Q4

//输出什么？
#include <stdio.h>
int main()
{
    char a = 128;
    printf("%u\n",a);
    return 0;
}

先写出128的补码，再截断存储到a中，a中存放的也是：10000000，与Q3类似。

运行结果：

Q5

int main()
{
  //输出什么？
  int i = -20;
  unsigned  int  j = 10;
  printf("%d\n", i + j);
  //按照补码的形式进行运算，最后格式化成为有符号整数
  return 0;
}

先写出i的

原码：10000000000000000000000000010100

反码：11111111111111111111111111101011

补码：11111111111111111111111111101100

写出j的

补码：00000000000000000000000000001010

接着让这两个补码相加：

11111111111111111111111111101100+

00000000000000000000000000001010=

11111111111111111111111111110110

又因为是%d以有符号整形进行打印，所以将相加之后的二进制的最高位看作符号位。所以这里将相加得到的二进制序列转换成原码：10000000000000000000000000001010，也就是-1。

运行结果：

Q6

//输出什么？
unsigned int i;
for(i = 9; i >= 0; i--)
{
    printf("%u\n",i);
}

这里由于i的数据类型是unsigned int 类型，是恒>=0的，所以I>0这个条件会一直满足，程序发生死循环。

运行结果：发生死循环

Q7

//输出什么？
int main()
{
    char a[1000];
    int i;
    for(i=0; i<1000; i++)
   {
        a[i] = -1-i;
   }
    printf("%d",strlen(a));
    return 0;
}

这里arr[i]的值一开始是-1，-2，-3……当arr[i]的值变成-128时，，由本文之前画的图可知，此时再减1就会变成127，接着就是126，125，……1，0.这里strlen计算数组的长度时，会遇到’\0’才停止，而’\0’的ascll码值就是0，即这里数组的长度就是当arr[i]变成0之前的元素的个数，这里由-1到-128，再由-128到127再到1，一共有255个元素。所以结果就是255.

运行结果：

Q8

//输出什么？
#include <stdio.h>
unsigned char i = 0;
int main()
{
    for(i = 0;i<=255;i++)
   {
        printf("hello world\n");
   }
    return 0;
}

此处由于i的数据类型是unsigned char 其数据范围是[0，255]，始终是大于0的，所以会一直打印，发生死循环。

运行结果：发生死循环