我记得那场面了3个小时的腾讯面试，面试官出了一道颠倒字节序的题目，当时完全不懂……昨晚看书，看到书上讲到了寻址和字节顺序，方才恍然大悟，发现还是自己书读的不够多。

一.大小端

计算机硬件有两种储存数据的方式：大端字节序（big endian）和小端字节序（little endian）。

举例来说，数值0x2211使用两个字节储存：高位字节是0x22，低位字节是0x11。

  • 大端字节序：高位字节在前，低位字节在后，这是人类读写数值的方法。
  • 小端字节序：低位字节在前，高位字节在后，即以0x1122形式储存。

同理，0x1234567的大端字节序和小端字节序的写法如下图。

注意，在字0x1234567中，高位字节的十六进制为0x01，而低位字节值为0x67。

二.计算机如何处理字节序

大多数的Intel兼容机都只用小端模式。另一方面，IBM和Oracle（从其2010年收购Sun Microsystems开始）的大多数机器则是按大端模式操作。但注意我们说的只是“大多数”。这些规则并没有严格按照企业界限来划分。比如IBM和Oracle制造的个人计算机使用的是Intel兼容的处理器，因此使用小端法。许多比较新的微处理器是双端法（bi-endian），也就是说可以把它们配置成作为大段或小端的机器运行。然而实际情况是一旦选择了特定的操作系统，那么字节顺序也就固定下来了。例如，许多移动电话的ARM微处理器，其硬件可以按照小端或大端两种模式操作，但是这些芯片上最常见的两种操作系统——Android和iOS——却只能运行于小端模式。

显然大端法更符合人类的阅读习惯，那为什么要有小端法呢？

答案是，计算机电路先处理低位字节，效率比较高，因为计算都是从低位开始的。所以，计算机的内部处理都是小端字节序。

但是，人类还是习惯读写大端字节序。所以，除了计算机的内部处理，其他的场合几乎都是大端字节序，比如网络传输和文件储存。

计算机处理字节序的时候，不知道什么是高位字节，什么是低位字节。它只知道按顺序读取字节，先读第一个字节，再读第二个字节。

如果是大端字节序，先读到的就是高位字节，后读到的就是低位字节。小端字节序正好相反。

理解这一点，才能理解计算机如何处理字节序。

字节序的处理，就是一句话：

“只有读取的时候，才必须区分字节序，其他情况都不用考虑。”

处理器读取外部数据的时候，必须知道数据的字节序，将其转成正确的值。然后，就正常使用这个值，完全不用再考虑字节序。

即使是向外部设备写入数据，也不用考虑字节序，正常写入一个值即可。外部设备会自己处理字节序的问题。

举例来说，处理器读入一个16位整数。如果是大端字节序，就按下面的方式转成值。

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x = buf[offset] * 256 + buf[offset+1];

上面代码中，buf是整个数据块在内存中的起始地址，offset是当前正在读取的位置。第一个字节乘以256，再加上第二个字节，就是大端字节序的值，这个式子可以用逻辑运算符改写。

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x = buf[offset]<<8 | buf[offset+1];

上面代码中，第一个字节左移8位（即后面添8个0），然后再与第二个字节进行或运算。

如果是小端字节序，用下面的公式转成值。

1
x = buf[offset+1] * 256 + buf[offset];

32位整数的求值公式也是一样的。

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/* 大端字节序 */
i = (data[3]<<0) | (data[2]<<8) | (data[1]<<16) | (data[0]<<24);

/* 小端字节序 */
i = (data[0]<<0) | (data[1]<<8) | (data[2]<<16) | (data[3]<<24);

三.判断自己的电脑的字节序

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#include <iostream>
using namespace std;

int main(int argc, char const *argv[])
{
	int n = 10;
	printf("%x\n", n);
	char *p = (char*)&n;
	for (int i=0; i<4; ++i) {
		printf("%d %p\n", *(p+i), p+i);
	}
	if (*p==10) {
		cout << "Little-endian in this PC." << endl;
	}
	else {
		cout << "Big-endian in this PC." << endl;
	}

	int x=1;
  if (*(char *) &x ==1)
  	printf("Little endian!\n");
  else    
  	printf("Big endian!\n");
	return 0;
}

Output:

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a
10 0x7ffeef765b6c
0 0x7ffeef765b6d
0 0x7ffeef765b6e
0 0x7ffeef765b6f
Little-endian in this PC.
Little endian!

四.大小端的转换

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#include <iostream>
typedef unsigned char* byte_pointer;

void show_bytes(byte_pointer start, size_t len) {
    size_t i;
    for (i=0; i<len; ++i) {
        printf(" %.2x", start[i]);
    }
    printf("\n");
}

void show_int(int x) {
    show_bytes((byte_pointer) &x, sizeof(int));
}

void show_float(float x) {
    show_bytes((byte_pointer) &x, sizeof(float));
}

void show_pointer(void *x) {
    show_bytes((byte_pointer) &x, sizeof(void*));
}

int32_t swapInt32(int32_t value) {
    return ((value & 0x000000FF) << 24) |
           ((value & 0x0000FF00) << 8) |
           ((value & 0x00FF0000) >> 8) |
           ((value & 0xFF000000) >> 24) ;
}

void read(int data) {
    printf("data is %d\n", data);
    printf("bytes order of data is");   show_int(data);
    char* pa = (char*) &data;
    int big_data = (pa[3]<<0) | (pa[2]<<8) | (pa[1]<<16) | (pa[0]<<24);
    int little_data = (pa[0]<<0) | (pa[1]<<8) | (pa[2]<<16) | (pa[3]<<24);
    printf("big_endian order data is %d\n", big_data);
    printf("little_endian order data is %d\n", little_data);
}

int main(int argc, char const *argv[])
{
    int a = 12345;
    show_int(12345);
    show_float(12345.6789);
    printf("%p\n", &a);
    show_pointer(&a);

    int data = 0x01234567;
    read(data);
    printf("--------After swap bytes order--------\n");
    data = swapInt32(data);
    read(data);
    return 0;
}

Output:

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 39 30 00 00
 b7 e6 40 46
0x7ffee5f20b5c
 5c 0b f2 e5 fe 7f 00 00
data is 19088743
bytes order of data is 67 45 23 01
big_endian order data is 1732584193
little_endian order data is 19088743
--------After swap bytes order--------
data is 1732584193
bytes order of data is 01 23 45 67
big_endian order data is 19088743
little_endian order data is 1732584193

五.参考文章