2.2 数据存储的宽度和排列方式
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发布时间：2024-10-24 12:57
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时间：2024-10-29 13:46
观察下面的C源程序endian.c，思考以下三个问题。
(1) 上述代码中，变量x、y和z的值都是100。在该程序运行过程中，x、y和z存储的机器数是一样的吗？占用的存储空间也是一样的吗？
(2) 变量d的机器数为0x12345678，为什么在存储器中看到的是“0x78 0x56 0x34 0x12”，好像倒过来的顺序？
(3) 语句“int d=0x12345678;”对应的机器指令为“c7 45 f4 78 56 34 12”，若将该语句修改为“int d=0x22334455;”，能写出其对应的机器指令吗？
数据存储的宽度取决于C语言中数值数据类型的宽度。C语言支持多种格式的整数和浮点数表示，如char、short和int类型。
整数100的十六进制表示为64H，由于x、y、z的数据类型不同，它们在程序运行时占用的存储空间大小不一样，机器数有差别。查看变量x、y和z在运行时存储的内容需要调试执行程序，这需要熟悉汇编指令。
通过反汇编文档，可以找到初始化变量的机器级指令。以变量x、y、z和d的初始化为例，可以看到整型变量的初始化可以通过mov指令实现。mov指令的第一参数表示源数据，第二参数表示目的地址。
理解图1中的反汇编文档，可以查看变量x、y、z、d存储的内容。调试执行指令时，能从这些地址中查看变量的机器数。使用gdb调试工具来调试执行程序，加载程序、设置断点、运行程序，可以观察变量内容的变化。
总结一下：通过程序的调试执行，虽然C源程序中，x、y、z的值都是100，但x、y和z的数据类型不一样，不同的数据类型有不同的数据宽度。d的机器数是0x12345678，它的存储顺序与C语言中的字节顺序相关，即大端或小端方式。
在大端方式中，最高有效字节存放在低地址单元中，最低有效字节存放在高地址单元中。数据d的最高有效字节是0x12，最低有效字节是0x78。在小端方式中，最高有效字节存放在高地址单元中，最低有效字节存放在低地址单元中。
系统之间进行通信时需要考虑数据的排列顺序问题。网络应用程序员必须遵循字节顺序的规则，确保发送方计算机将它的内部表示转换为网络标准，接收方计算机将网络标准转换为自己内部的表示格式。不同计算机系统内部的数据排列顺序不同，大多数Intel兼容的计算机采用小端方式，而IBM和Oracle的大多数计算机采用大端方式。音频、视频和图像等文件格式或处理程序也会涉及字节顺序问题。
在机器指令中，数据的字节顺序同样重要。例如，图1中，x、y、z和d的初始化语句对应的机器指令中，把100的机器数0x64、0x0064、0x0000 00064，以及0x12345678都当作立即数放在指令中，0x0064、0x0000 00064、0x12345678就有字节顺序问题了。若将语句“int d=0x12345678;”修改为“int d=0x22334455;”，对应的机器指令为“C7 45 D4 55 44 33 22”。修改该语句后的反汇编文档如图4所示。
了解数据存储的宽度和存储的排列顺序是重要的基础知识点，大多数应用程序员感觉不到，若不了解这些，则一些问题难以发现。例如，给定一个C程序，可以检测计算机是采用大端方式还是小端方式。总结：正确理解数据存储的宽度和排列方式对于编写高效、兼容的代码至关重要。
