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计算机存储数据的顺序——小端（Little-Endian）与大端（Big-Endian）

ai 2025/7/7 11:43:30

字节序（Endianness）指计算机在内存中存储多字节数据（如整数、浮点数）时的字节顺序。当数据超过1字节（如16位、32位或64位数值）时，字节序决定了这些字节是如何排列的。
主要分为两种模式：

大端模式（Big-Endian）：高位字节（Most Significant Byte, MSB）存储在低地址，低位字节（Least Significant Byte, LSB）存储在高地址。
小端模式（Little-Endian）：低位字节（LSB）存储在低地址，高位字节（MSB）存储在高地址。

以 32位（4字节）十六进制数 0x12345678 为例：

存储模式	低地址 (`0x1000`)	→ 高地址 (`0x1003`)
大端模式	`0x12` (最高位字节)	`0x34` → `0x56` → `0x78`
小端模式	`0x78` (最低位字节)	`0x56` → `0x34` → `0x12`

大端模式（Big-Endian）
- 典型场景：早期 PowerPC、Motorola 68000 系列、网络传输（网络字节序）。
- 优点：人类阅读友好（高位在前，类似书写顺序）。
小端模式（Little-Endian）
- 典型场景：Intel/AMD x86/x64 架构、ARM（可配置）、Android/iOS 设备。
- 优点：便于数据类型转换（如将 32位整数 转为 16位整数 时无需调整地址）。

跨系统数据交换
若不统一字节序会导致数据解析错误。例如：
- 小端系统写入的 0x12345678 在内存中是 78 56 34 12，若大端系统直接读取会解析为 0x78563412（与原值不同）。
网络传输
- 网络字节序（大端模式） 是 TCP/IP 的标准，发送前需将主机字节序转为网络字节序（如 htonl()），接收后再转回主机字节序（如 ntohl()）。
文件格式处理
例如，若 DICOM 文件的元数据指定了字节序（通过 Transfer Syntax UID）但未正确标注，需手动设置阅读器（如 VTK 中的 SetDataByteOrderToLittleEndian()）。

检测当前系统的字节序
可通过简单代码确定：

1int num = 0x1;
2char *p = (char*)#
3if (*p == 1) {
4  // 小端系统（最低有效字节在低地址）
5} else {
6  // 大端系统
7}
8

强制转换方法
- C/C++ 中的 htonl(), htons(), ntohl(), ntohs() 用于主机与网络字节序转换。
- Python 的 struct 模块支持格式字符（如 >I 表示大端 32 位，<I 表示小端）。
处理二进制文件的步骤
1. 确定文件的字节序（如通过元数据或规范）。
2. 读取时按文件声明的字节序解析数据。
3. 若需要与当前系统兼容，进行字节序转换。