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你真的懂CPU大小端模式嗎?

黃工的嵌入式技術(shù)圈 ? 來源:黃工的嵌入式技術(shù)圈 ? 作者:黃工的嵌入式技術(shù) ? 2020-02-27 16:46 ? 次閱讀

通信協(xié)議中的數(shù)據(jù)傳輸、數(shù)組的存儲(chǔ)方式、數(shù)據(jù)的強(qiáng)制轉(zhuǎn)換等這些都會(huì)牽涉到大小端問題。 CPU的大端和小端模式很多地方都會(huì)用到,但還是有許多朋友不知道,今天暫且普及一下。 一、為什么會(huì)有大小端模式之分呢?

因?yàn)樵谟?jì)算機(jī)系統(tǒng)中,我們是以字節(jié)為單位的,每個(gè)地址單元都對(duì)應(yīng)著一個(gè)字節(jié),一個(gè)字節(jié)為8bit。

但是在C語言中除了8bit的char之外,還有16bit的short型,32bit的int型。另外,對(duì)于位數(shù)大于8位的處理器,例如16位或者32位的處理器,由于寄存器寬度大于一個(gè)字節(jié),那么必然存在著一個(gè)如果將多個(gè)字節(jié)安排的問題。因此就導(dǎo)致了大端存儲(chǔ)模式和小端存儲(chǔ)模式。

例如一個(gè)16bit的short型x,在內(nèi)存中的地址為0x0010,x的值為0x1122,那么0x11為高字節(jié),0x22為低字節(jié)。

對(duì)于大端模式,就將0x11放在低地址中,即0x0010中,0x22放在高地址中,即0x0011中。小端模式,剛好相反。

二、什么是大端和小端?大端模式:是指數(shù)據(jù)的高字節(jié)保存在內(nèi)存的低地址中,而數(shù)據(jù)的低字節(jié)保存在內(nèi)存的高地址中。

小端模式:是指數(shù)據(jù)的高字節(jié)保存在內(nèi)存的高地址中,而數(shù)據(jù)的低字節(jié)保存在內(nèi)存的低地址中。

假如32位寬(uint32_t)的數(shù)據(jù)0x12345678,從地址0x08004000開始存放:

0x08004003 0x12 0x78
0x08004002 0x34 0x56
0x08004001 0x56 0x34
0x08004000 0x78 0x12
地址 小端存放內(nèi)容 大端存放內(nèi)容

再結(jié)合一張圖進(jìn)行理解:

從上面表格、圖可以看得出來,大小端的差異在于存放順序不同。 在維基百科中還有有一段關(guān)于“端的起源”:

三、數(shù)組在大端小端情況下的存儲(chǔ)以u(píng)nsigned int value = 0x12345678為例,分別看看在兩種字節(jié)序下其存儲(chǔ)情況,我們可以用unsigned char buf[4]來表示value。 1.大端模式下

高地址 buf[3] 0x78 低位
- buf[2] 0x56 -
- buf[1] 0x34 -
低地址 buf[0] 0x12 高位
地址 數(shù)組 位置

2.小端模式下

高地址 buf[3] 0x12 低位
- buf[2] 0x34 -
- buf[1] 0x56 -
低地址 buf[0] 0x78 高位
地址 數(shù)組 位置

不知道大家對(duì)數(shù)組進(jìn)行強(qiáng)制轉(zhuǎn)換成整型數(shù)據(jù)沒有? 如果你要進(jìn)行強(qiáng)制轉(zhuǎn)換,肯定要考慮大小端問題。 四、大小端誰更好?

小端模式:強(qiáng)制轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)不需要調(diào)整字節(jié)內(nèi)容,1、2、4字節(jié)的存儲(chǔ)方式一樣。

大端模式:符號(hào)位的判定固定為第一個(gè)字節(jié),容易判斷正負(fù)。

總結(jié):大端小端沒有誰優(yōu)誰劣,各自優(yōu)勢便是對(duì)方劣勢。

五、常見字節(jié)序

常見的操作系統(tǒng)是小端,通訊協(xié)議是大端。

1.常見CPU的字節(jié)序

大端模式:PowerPC、IBM、Sun

小端模式:x86、DEC

ARM既可以工作在大端模式,也可以工作在小端模式。

(內(nèi)容來自網(wǎng)絡(luò)

2.STM32屬于小端模式

測試一款MCU屬于大端,還是小端方法很多種,通過打印數(shù)據(jù),通過在線調(diào)試查看數(shù)據(jù):

當(dāng)然,在MCU的手冊中也有相關(guān)說明。

六、大小端轉(zhuǎn)換

開篇說了,實(shí)際應(yīng)用中,大小端應(yīng)用的地方很多通信協(xié)議、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)等。如果字節(jié)序不一致,就需要轉(zhuǎn)換。

只要你理解其中原理(高低順序),轉(zhuǎn)換的方法很多,下面簡單列列兩個(gè)。

1.對(duì)于16位字?jǐn)?shù)據(jù)

#define BigtoLittle16(A) (( ((uint16)(A) & 0xff00) >> 8) | (( (uint16)(A) & 0x00ff) << 8))

2.對(duì)于32位字?jǐn)?shù)據(jù)

#define BigtoLittle32(A) ((( (uint32)(A) & 0xff000000) >> 24) | (( (uint32)(A) & 0x00ff0000) >> 8) | (( (uint32)(A) & 0x0000ff00) << 8) | (( (uint32)(A) & 0x000000ff) << 24))

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