单片机和C语言中的一些通用知识：（二）大端和小端

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时间复杂度 O(1) 和 O(n)

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大端和小端

大端（Big-Endian）和小端（Little-Endian）是两种不同的字节序（Endianness），用于定义多字节数据（如 16 位、32 位整数或浮点数）在计算机内存中的存储顺序。它们的区别核心在于：数据的 “高位字节” 和 “低位字节” 在内存中存放的先后顺序不同。

首先，我们要了解三个概念：

• 高位字节 (High-order byte)：指一个数值中权重最高的字节，即最左边的字节。
• 低位字节 (Low-order byte)：指一个数值中权重最低的字节，即最右边的字节。
• 内存地址：内存是由一系列连续的地址组成的，地址从低到高排列（0x00、0x01）。

1）区别

• 大端模式：

  • 规则：“高位字节存放在低地址，低位字节存放在高地址”。

  • 记忆口诀：高低低高（高位 -> 低地址，低位 -> 高地址）。

  • 特点：

    • 数据在内存中的排列顺序与人类书写习惯一致（从左到右，从高到低）。

    • 常用于网络协议（如 TCP/IP 中的“网络字节序”就是大端）、某些处理器架构（如 PowerPC, SPARC, MIPS 的部分模式）。

• 小端模式：

  • 规则：“低位字节存放在低地址，高位字节存放在高地址”。

  • 记忆口诀：低低高高（低位 -> 低地址，高位 -> 高地址）。

  • 特点：

    • 数据在内存中的排列顺序与人类书写习惯相反。

    • 这种方式便于 CPU 从低地址开始逐字节读取数据时，能快速获取到数值的低位部分，对于加法等运算有潜在优势。

    • 广泛应用于 x86/x64 架构的 PC、以及 绝大多数 ARM 处理器（ARM 支持大小端，但通常配置为小端）。

• 记忆诀窍：

  • 大端：“大”对应“高”，所以 高位字节 放在 低地址（开头）。
  • 小端：“小”对应“低”，所以 低位字节 放在 低地址（开头）。

2）示例

假设我们有一个 32 位（4 字节）的十六进制数：0x12345678，其中：

• 0x12 是最高位字节（权重最大）
• 0x78 是最低位字节（权重最小）

现在，我们要把这个数存储在内存中，起始地址为 0x1000。那么两种模式下的存储情况分别为：

大端模式：

内存地址	存储的数据
0x1000	0x12
0x1001	0x34
0x1002	0x56
0x1003	0x78

小端模式：

内存地址	存储的数据
0x1000	0x78
0x1001	0x56
0x1002	0x34
0x1003	0x12

3）了解的重要性

1. 跨平台数据交换:
   • 当两台使用不同字节序的设备通过网络或文件交换数据时，如果不对字节序进行转换，接收到的数据就会被错误解读。
   • 因此，网络协议（如 IP、TCP）规定使用大端序（网络字节序），发送方如果是小端机器，需要调用 htonl() / htons() 等函数将数据转换为网络字节序，接收方再用 ntohl() / ntohs() 转换回来。
2. 嵌入式开发和调试:
   • 在查看内存 dump 或调试变量时，了解目标处理器的字节序对于正确解析数据至关重要。
   • 某些硬件外设可能要求特定的字节序。
3. 联合体 (union) 和类型转换:
   • 在 C 语言中，利用 union 或指针强制类型转换来“拆解”多字节数时，结果会直接受字节序影响。

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