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字节顺序（大小端）

字节顺序的定义​

我们知道，在计算机系统中，存储数据的基本单位是 字节（Byte），除单字节数据类型（如 C 语言中的 char 型）以外，其他类型的数据都是多字节的。而这些由多字节组成的字（Word），其内部字节在内存或数字通信链路中的排列顺序，我们就称为字节顺序，又称端序或尾序（Endianness）。

在几乎所有的机器上，多字节对象都被存储为连续的字节序列。因此也就形成了两种通用的字节排列规则，一种称为小端序，另一种称为大端序。也就是常说的“大小端”问题。

  • 小端序（Little-endian）：低字节存放在低地址处，高字节存放在高地址处。
  • 大端序（Big-endian）：低字节存放在高地址处，高字节存放在低地址处。

例如，一个值为 0x0A0B0C0D 的整型数，采用小端序和大端序时在内存中的存储情况如下图所示。

端（endian）的起源​

“endian”一词来源于十八世纪爱尔兰作家乔纳森·斯威夫特（Jonathan Swift）的小说《格列佛游记》（Gulliver's Travels）。小说中，小人国为水煮蛋该从大的一端（Big-End）剥开还是小的一端（Little-End）剥开而争论，争论的双方分别被称为“大端派”和“小端派”。

1980年，一位网络协议的早期开发者丹尼·科恩（Danny Cohen）在其著名的论文《On Holy Wars and a Plea for Peace》中，为平息一场关于字节该以什么样的顺序传送的争论，而第一次引用了该词。

字节顺序的应用​

字节顺序由 CPU 的体系结构所决定，但对于操作系统之上的应用程序来说，则由操作系统和编译器所决定。只要操作系统和编译器支持，应用程序就可以使用这种字节序。当然，如果操作系统和编译器不支持，我们也可以通过软件的方式进行转换，不过会影响其运行效率。

常见处理器体系所采用的字节顺序如下：

  • x86、MOS Technology 6502、Z80、VAX、PDP-11 等处理器为小端序；
  • Motorola 6800、Motorola 68000、PowerPC 970、System/370、SPARC（除 V9 外）等处理器为大端序；
  • ARM、PowerPC（除 PowerPC 970 外）、DEC Alpha、SPARC V9、MIPS、PA-RISC 及 IA64 的字节序是可配置的。

字节顺序的另外一个重要应用场景是网络传输，包括以太网、I2C、SPI、串口通信等串行通信协议都存在字节顺序的问题。其中，网络传输一般采用大端序，也称为网络字节序。

另外，在数字通信链路中还涉及位序的概念，是数据在底层传输时的细节，对于协议开发者和驱动开发者也需要注意该问题。