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深入浅出: 大小端模式

泥沙砖瓦浆木匠
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发布于 2015/10/14 17:43
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Writer      :BYSocket(泥沙砖瓦浆木匠)

一、什么大小端?

大小端在计算机业界,Endian表示数据在存储器中的存放顺序。百度百科如下叙述之:

大端模式,是指数据的高字节保存在内存的低地址中,而数据的低字节保存在内存的高地址中,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;

小端模式,是指数据的高字节保存在内存的高地址中,而数据的低字节保存在内存的低地址中,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。

这两种模式,泥瓦匠记忆宫殿:“小端低低”。这样就知道小端的模式,反之大端的模式。

比如整形十进制数字:305419896 ,转化为十六进制表示 : 0x12345678 。其中按着十六进制的话,每两位占8个位,即1个字节。如图

iostream

二、为什么有大小端模式之分呢?

如果统一使用大端或者小端,那么何来三国演义,何来一战二战呢?还有大小端也来源于战争。所以存在即是合理。

在操作系统中,x86和一般的OS(如windows,FreeBSD,Linux)使用的是小端模式。但比如Mac OS是大端模式。

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。

知道为什么有模式的存在,下面需要了解下具有有什么应用场景

1、不同端模式的处理器进行数据传递时必须要考虑端模式的不同

2、在网络上传输数据时,由于数据传输的两端对应不同的硬件平台,采用的存储字节顺序可能不一致。所以在TCP/IP协议规定了在网络上必须采用网络字节顺序,也就是大端模式。对于char型数据只占一个字节,无所谓大端和小端。而对于非char类型数据,必须在数据发送到网络上之前将其转换成大端模式。接收网络数据时按符合接受主机的环境接收。

三、java中的大小端

存储量大于1字节,非char类型,如int,float等,要考虑字节的顺序问题了。java由于虚拟机的关系,屏蔽了大小端问题,需要知道的话可用 ByteOrder.nativeOrder() 查询。在操作ByteBuffer中,也可以使用 ByteBuffer.order() 进行设置:

/**
 * @author Jeff Lee
 * @since 2015-10-13 20:40:00
 * ByteBuffer中字节存储次序
 */
public class Endians {
    public static void main(String[] args) {
        // 创建12个字节的字节缓冲区
        ByteBuffer bb = ByteBuffer.wrap(new byte[12]);
        // 存入字符串
        bb.asCharBuffer().put("abdcef");
        System.out.println(Arrays.toString(bb.array()));

        // 反转缓冲区
        bb.rewind();
        // 设置字节存储次序
        bb.order(ByteOrder.BIG_ENDIAN);
        bb.asCharBuffer().put("abcdef");
        System.out.println(Arrays.toString(bb.array()));

        // 反转缓冲区
        bb.rewind();
        // 设置字节存储次序
        bb.order(ByteOrder.LITTLE_ENDIAN);
        bb.asCharBuffer().put("abcdef");
        System.out.println(Arrays.toString(bb.array()));
    }
}

run下结果如图所示:

image

前两句打印说明了,ByteBuffer存储字节次序默认为大端模式。最后一段设置了字节存储次序,然后会输出,可以看出存储次序为小端模式。

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