C语言之什么是大小端，数组大小端，位域大小端，结构体大小端

公众号：嵌入式不难

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理解大小端之前必须明白的三点

1. 内存地址始终以字节为单位
2. 大小端只针对基本数据类型
3. 存在位域的情况下，小端模式下先定义的位域从LSB(最低有效位)开始，大端模式下先定义的位域从MSB(最高有效位)开始

首先解释下以上三点
第一点，内存地址存储的最小数据大小就是字节，例如一个变量char temp的地址0x10000000，temp值为0x55，由于char类型只占用一个字节，那么temp变量就只占用0x10000000这个内存地址，不会占用其他内存地址，那假如变量是个int型呢？占用的字节数可能是4字节，这个时候内存和内存值又是怎么分配的呢？这个有待后面分析。
第二点，大小端只针对基本数据单元类型，那么什么是基本数据类型单元呢，char, int, float, double,那什么不是基本数据类型呢？例如：数组,结构体,联合等等。
第三点，先定义的位域因大小端情况会表示最高位或者最低位。

大小端影响了什么？

当基本数据类型占用字节数超过了1字节后，大小端决定了数据按照什么顺序存储在内存里

既然字节数超过了1个字节才有影响，那么就会一个疑问，char型数据占用字节数为1个字节，那么char型数据在大小端的模式下，会有什么不同吗？答案是没有。

什么是大小端？

1. 大端(Big-Endian):高地址存放低位
2. 小端(Little-Endian):高地址存放高位

这里有几个概念：高地址，低地址，高位，低位，其中高地址，低地址是针对内存地址而言，高位，低位是针对数据类型的bit位的高低而言。

如何根据具体情况分析

分析步骤：

1. 首先找出基本数据类型,明确数据占用字节数以及高位，低位情况
2. 明确变量地址始终指向变量的低地址
3. 根据大小端的特性来套表格

举例： 例1(基本数据类型)：int temp = 0x12345678;

假设 temp 的地址为 0x10000000 ，按照上面的分析步骤来拆分解析

1. int型占用字节数为4字节，将数据按照字节为单位的高位，低位分解如下：0x12(高位),0x34,0x56 ,0x78 (低位)
2. 由1点可知，基本数据类型占用内存为4字节，所以内存地址范围为 0x10000000~ 0x10000003
3. 根据大小端的特性来套表格如下

大端模式

内存地址	内存值	步骤
0x10000000	0x12	4.依次取值
0x10000001	0x34	3.依次取值
0x10000002	0x56	2.依次取值
0x10000003	0x78	1.高地址存放低位

小端模式

内存地址	内存值	步骤
0x10000000	0x78	4.依次取值
0x10000001	0x56	3.依次取值
0x10000002	0x34	2.依次取值
0x10000003	0x12	1.高地址存放高位

例2(数组)：short int temp[2] = {0x1234,0x5678};

假设 temp 的地址为 0x10000000 ，按照上面的分析步骤来拆分解析

1. short int型占用字节数为2字节，将数据按照字节为单位的高位，低位分解如下：0x12(高位),0x34(低位),0x56 (高位),0x78 (低位)
2. 由1点可知，基本数据类型占用内存为2字节，但是由两个元素，所以内存地址范围为 0x10000000~ 0x10000003
3. 根据大小端的特性来套表格如下

大端模式

内存地址	内存值	步骤
0x10000000	0x12	2.依次取值
0x10000001	0x34	1.高地址存放低位
0x10000002	0x56	4.依次取值
0x10000003	0x78	3.高地址存放低位

小端模式

内存地址	内存值	步骤
0x10000000	0x34	2.依次取值
0x10000001	0x12	1.高地址存放高位
0x10000002	0x78	4.依次取值
0x10000003	0x56	3.高地址存放高位

例3(位域结构体)：struct {int b1:1; int b2:2; int b3:3; int b4:4; char b5:5;}temp = {.b1=1, .b2=2, .b3=3, .b4=4, .b5=5 };

假设 temp 的地址为 0x10000000 ，按照上面的分析步骤来拆分解析

1. 首先分析位域情况

大端下temp的int值位域分布如下

bit位	31	30	29	28	27	26	25	24	23	22	21	20	19	18	17	16	15	14	13	12	11	10	9	8	7	6	5	4	3	2	1	0
	b1	b2	b2	b3	b3	b3	b4	b4	b4	b4
bit值	1	1	0	0	1	1	0	1	0	0	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-

大端下temp的char值位域分布如下

bit位	7	6	5	4	3	2	1	0
	b5	b5	b5	b5	b5
bit值	0	0	1	0	1	-	-	-

大端模式下，假设-表示0，则int值为0xCD000000，char值为0x28

小端下temp的int值位域分布如下

bit位	31	30	29	28	27	26	25	24	23	22	21	20	19	18	17	16	15	14	13	12	11	10	9	8	7	6	5	4	3	2	1	0
																							b4	b4	b4	b4	b3	b3	b3	b2	b2	b1
bit值	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	0	1	0	0	0	1	1	1	0	1

小端下temp的char值位域分布如下

bit位	7	6	5	4	3	2	1	0
				b5	b5	b5	b5	b5
bit值	-	-	-	0	0	1	0	1

小端模式下，假设-表示0，则int值为0x0000011D，char值为0x05

2. int型占用字节数为4字节，char型占用字节数为1字节

• 大端模式下将数据按照字节为单位的高位，低位分解如下：0xCD(高位),0x00,0x00,0x00(低位),0x28(字节)
• 小端模式下将数据按照字节为单位的高位，低位分解如下：0x00(高位),0x00,0x01,0x1D(低位),0x05(字节)

4. 由1，2点可知，基本数据类型占用内存为4字节+1字节，所以内存地址范围为 0x10000000~ 0x10000004
5. 根据大小端的特性来套表格如下

大端模式

内存地址	内存值	步骤
0x10000000	0xCD	4.依次取值
0x10000001	0x00	3.依次取值
0x10000002	0x00	2.依次取值
0x10000003	0x00	1.高地址存放低位
0x10000004	0x28	5.高地址存放低位

小端模式

内存地址	内存值	步骤
0x10000000	0x1D	4.依次取值
0x10000001	0x01	3.依次取值
0x10000002	0x00	2.依次取值
0x10000003	0x00	1.高地址存放高位
0x10000004	0x05	5.高地址存放高位

实验验证环境属于大端还是小端

测试代码如下:

#include 

int main(int argc, char *argv[])
{
    int temp1 = 0x12345678;
    short int temp2[2] = {0x1234, 0x5678};
    struct{
        int     b1:1;
        int     b2:2;
        int     b3:3;
        int     b4:4;
        int     bn:22;//这里是否需要占位根据编译器而定
        char    b5:5;
    }temp3={.b1=1, .b2=2, .b3=3, .b4=4, .bn=0, .b5=5};

    char *_p1, *_p2;
    int *_p3;

    _p1 = (char *)&temp1;
    if(*_p1==0x12) printf("基本数据类型测试:大端模式n");
    else if(*_p1==0x78) printf("基本数据类型测试:小端模式n");
    else printf("基本数据类型测试:测试错误n");

    _p1 = (char *)&temp2[0];
    _p2 = (char *)&temp2[1];
    if(*_p1==0x12 && *_p2==0x56) printf("数组类型测试:大端模式n");
    else if(*_p1==0x34 && *_p2==0x78) printf("数组类型测试:小端模式n");
    else printf("数组类型测试:测试错误n");

    _p3 = (int *)&temp3;
    _p1 = (char *)&temp3;   
    _p2 = (char *)(_p3+1);
    printf("temp3.int=0x%08Xn", *_p3);
    printf("temp3.char=0x%02Xn", *_p2);
    if(*_p1==0xCD && *_p2==0x28) printf("位域类型测试:大端模式n");
    else if(*_p1==0x1D && *_p2==0x05) printf("位域类型测试:小端模式n");
    else printf("位域类型测试:测试错误n");

    return 0;
}

实验结果如下: