大小端模式对union 类型数据的影响

来源：互联网发布：勒索软件中国编辑：程序博客网时间：2024/05/18 02:10

首先重新回忆一下计算机组成原理中的基本概念，数据在内存中的操作是使用补码进行加减操作。int类型占4个字节长度，即32位，char类型占1个字节长度，即8位。

char的范围是 -128~127，unsigned char的取值范围是0～256。原码、反码和补码的转换关系

回忆一下union的特点：所有成员的起始地址一致（ union 型数据所占的空间等于其最大的成员所占的空间，对union 型的成员的存取都是相对于该联合体基地址的偏移量为0 处开始，也就是联合体的访问不论对哪个变量的存取都是从union 的首地址位置开始）

80X86一般意味着小端存储和32位操作系统

回忆下大端模式和小端模式

大端模式（Big_endian）：字数据的高字节存储在低地址中，而字数据的低字节则存放在高地址中。
小端模式（Little_endian）：字数据的高字节存储在高地址中，而字数据的低字节则存放在低地址中。

为什么么要有大小端模式？

（自己的理解：因为C语言中有多种数据类型，而同一种处理器位数固定，即处理器中的寄存器每次处理数据位数有限，如果要处理的数据位数大于寄存器的位数，则需要考虑先从低地址位处理还是先从高地址位处理，进而引出了大端小端存储模式）

在C语言中除了8位的char型之外，还有16位的short型，32位的long型（要看具体的编译器），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，那么必然存在着如何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。

大端模式：

字数据的高字节存储在低地址中，而字数据的低字节则存放在高地址中。

小端模式：

与大端存储模式相反，在小端存储模式中，低地址中存放的是字数据的低字节，高地址存放的是字数据的高字节。

例如，16位宽的数0x1234在小端模式CPU内存中的存放方式（假设从地址0x4000开始存放）为：

内存地址

0x4000

0x4001

存放内容

0x34

0x12

而在大端模式CPU内存中的存放方式则为：

内存地址

0x4000

0x4001

存放内容

0x12

0x34

32位宽的数0x12345678在小端模式CPU内存中的存放方式（假设从地址0x4000开始存放）为：

内存地址

0x4000

0x4001

0x4002

0x4003

存放内容

0x78

0x56

0x34

0x12

而在大端模式CPU内存中的存放方式则为：

内存地址

0x4000

0x4001

0x4002

0x4003

存放内容

0x12

0x34

0x56

0x78

我们常用的X86结构是小端模式，而KEIL C51则为大端模式。很多的ARM，DSP都为小端模式。有些ARM处理器还可以由硬件来选择是大端模式还是小端模式。

例题：

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union Test
 {
    char a[4];
    short b;
 };
 Test test;
 test.a[0]=256;
 test.a[1]=255;
 test.a[2]=254;
 test.a[3]=253;
 printf("%d\n",test.b);

问题：在80X86架构下，输出什么值？

char类型的取值范围是-128～127，unsigned char的取值范围是0～256

这里a[0]=256,出现了正溢出，将其转换到取值范围内就是0，即a[0]=0;

同理，a[1]=-1, a[2]=-2, a[3]=-3,在C语言标准里面，用补码表示有符号数，故其在计算机中的表示形式如下：

a[0]=0, 0000 0000

a[1]=-1, 1111 1111

a[2]=-2, 1111 1110

a[3]=-3, 1111 1101

short是2字节（a[0]和a[1]），由于80X86是小端模式，即数据的低位保存在内存的低地址中，而数据的高位保存在内存的高地址中，在本例中，a[0]中存放的是b的低位，a[1]中存放的是b的高位，即b的二进制表示是：1111 1111 0000 0000，表示-256

计算过程如下：

char a[0]=256;
val=-128+(256-128)%256=0 ====>a[0]:00000000
char a[1]=255;
val=-128+(255-128)%256=-1 ====>a[1]:11111111
10000001(-1源码)
11111110(-1反码)
11111111(-1补码)

80X86-->小端模式数据低位--->内存低地址

test共4字节
            test XXXXXXXX   XXXXXXXX   XXXXXXXX   XXXXXXXX
低地址 a[0]                                                              00000000
            a[1]                                           11111111
            a[2]                        ........
            a[3]    ........

====>short 11111111 00000000(补码)
                   10000000 11111111( 反码)
                   10000001 00000000(源码-256)

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