今天谈谈一个重要的计算机概念，大家可能都听说过它，但是很少深究，那就是字节序（Endianness）。
一、概念
字节序指的是，多字节数据的内存排列顺序。这样说比较抽象，使用图形解释就很好懂。
内存好比一排房间，每个字节是一间房。每间房都有门牌号（内存地址），从0号开始，然后是1号、2号......
0号字节的地址小，称为低位内存；3号字节的地址大，称为高位内存。
现在有一个数值abcd要放进这些房间，每个房间放一个数字，那么有两种放法。
第一种放法是，第一位a放在低位地址（0号），最后一位d放在高位地址（3号）。
这种排列称为"大端序"（big-endian，简称 BE），即大头在前，因为a是abcd的大头（最重要的数字）。
第二种放法是，第一位a放在高位地址（3号地址），最后一位d放在低位地址（0号地址）。
这种排列称为"小端序"（little-endian，简称 LE），即小头d在前。
大端序和小端序合称字节序，这两个名字来自18世纪的英国小说《格列佛游记》。某国分成两派，一派认为鸡蛋应该从大头吃起，称为"大端派"；另一派认为，鸡蛋应该从小头吃起，称为"小端派"。两派相执不下，谁也无法说服谁，最后甚至为此交战。
二、可读性
对于人类来说，不同字节序的可读性是不一样的。大部分国家的阅读习惯是从左到右阅读。
大端序的最高位在左边，最低位在右边，符合阅读习惯。所以，对于这些国家的人来说，从左到右的大端序的可读性更好。
但是现实中，从右到左的小端序虽然可读性差，但应用更广泛，x86 和 ARM 这两种 CPU 架构都采用小端序，这是为什么？
或者换一种问法，两种不同的字节序为什么会并存，统一规定只使用一种，难道不是更方便吗？
原因是它们有各自的适用场景，某些场景大端序有优势，另一些场景小端序有优势，下面就逐一分析。
三、检查奇偶性
小端序优势最明显的，大概就是检查奇偶性，即通过查看个位数，确定某个数字是奇数还是偶数。
以123456为例，大端序从左到右排列，计算机必须一直读到最后一位的个位数6，才能确定这是偶数。
小端序是从右到左排列，个位数在第一位。所以，只要读取第一位，就能确定它是偶数。
四、检查正负号
一个类似的场景是检查正负号，确定一个数是正数还是负数。
大端序的符号位在左边第一位，小端序的符号位在右边最后一位。所以，大端序有优势，只看第一位就能知道是不是负数。
五、比较大小
下一个操作是比较大小。现在有三个数字，需要比较大小：43662576，594，2。
上图是大端序排列，因为是从左到右排列，所以三个数字在右边个位数对齐。比较大小时，计算机就不得不读取每一个数的所有位，直到个位数，再进行比较。
如果改成小端序，就是下面的排列方式。
小端序是从右到左，所以三个数字在第一位对齐。计算机就不需要读取所有位，哪个数字先读不到下一位，就是最小的。比如，2这个数字就没有第二位，所以读到第二位时，就知道它是最小的。
所以，比较大小时，小端序有优势。
六、乘法
接下来，再看乘法操作。
乘法是逐位相乘，每一轮乘法都要向前进位。
上图是大端序的24165乘以3841。大端序的乘法是向左进位，也就是向左边扩展，必须等到每一轮的结果都出来（上例是四轮），再相加统一写入内存。
如果改成小端序的乘法，就不需要等待下一轮的结果，每一轮都可以直接写入内存。
上图是小端序的24165乘以3841。小端序的乘法是向右进位，也就是向右边扩展，左边的边界不变。每一轮结果写入内存后，就不需要移动，后面有变化只需要改动对应的位就行了。
因此，小端序的乘法有明显优势。
七、任意精度整数
上一个例子的从低位开始计算的特性，对于任意精度整数特别有用。任意精度整数又称大整数，可以存放任意大小的整数。
它的内部实现是把整数分成一个个较小的单位，通常是 uint32（无符号32位整数）或 uint64（无符号64位整数），按顺序组合在一起。
如果是大端序，第一个 u64 就是这个整数最大的部分。运算时，一旦这个数发生变化，需要进位，后面的所有位都必须移动和改写。小端序发生进位时，往往就不需要所有位移动。
小端序的另一个好处是，如果逐字节的运算从个位数开始（比如乘法和加法），可以从左到右依次运算一个个 u64，算完上一个再读取下一个。大端序就不行，必须读取整个数以后再进行运算。
八、更改类型
最后一个例子是，C 语言有一种 cast 操作，可以强制改变变量的数据类型，比如把32位整数强行改变为16位整数。
上图中，32位整数0x00000001更改为16位整数0x0001，大端序是截去前面两个字节，这时指向这个地址的指针必须向后移动两个字节。
小端序就没有这个问题，截去的是后面两个字节，第一位的地址是不变的，所以指针不需要移动。
九、总结
综上所述，大端序和小端序各自的优势如下。
如果需要逐位运算，或者需要到从个位数开始运算，都是小端序占优势。反之，如果运算只涉及到高位，或者数据的可读性比较重要，则是大端序占优势。
十、参考链接
- On Endianness, Karl Stenerud
（完）
Yangyu 说：
厉害。我一直知道有 Big-Endian 和 Little-Endian的区别，没想到这其中有这么大的差别。
2022年6月 3日 07:41 | # | 引用
Liypoi 说：
还是那么通俗易懂，令人豁然开朗
2022年6月 3日 07:45 | # | 引用
Ryan 说：
厉害，有学到
2022年6月 3日 09:34 | # | 引用
Vincent 说：
説好的端午節休息一天，還不忘科普，學習了，謝謝你的分享。
2022年6月 3日 09:35 | # | 引用
OrkWard 说：
关于判断正负，严格来说正负号的位置一般在第一个比特位（大端序），小端序则是最后一个字节的第一个比特位。奇偶性也是一样，小端序判断奇偶性的位置在第一个字节的最后一个比特位。当然计算机都是一个字节一个字节读的，说最后一个和第一个也算合理。
比较大小的说法我也是第一次听说。只知道汇编里比较大小是做减法看正负，原来还有这种比较法？
2022年6月 3日 10:17 | # | 引用
Alex 说：
你的说法在单片机里环境下可能是对的，但在的大多运算都是 内存-->cache-->寄存器， 并不需要逐个字节比较。
2022年6月 3日 11:25 | # | 引用
大哥 说：
纯粹瞎扯蛋
2022年6月 3日 15:55 | # | 引用
王念一 说：
我认为小端更优雅，因为进位制的位数的自然排列就是从小端开始的。
这里的自然排列是指，每个数位在该排列下的序数不变，不论数值如何。
在小端序下，个位永远是第 0 位，十位永远是第 1 位；而在大端序下这序数就会随数值的总位数而变化。
而判断符号位的困难在小端序下不应该存在：整型的位宽是确定的，程序应当直接硬编码比较对应的位数。
如果是不定位宽的大整数，又为何不将符号这种与数值无关的信息记在数据头里呢？比如这样：
```cpp
struct BigInt {
unsigned char byteCount;
bool sign;
};
```
或者干脆把符号记在位宽字段里就好了！这又归化到前面的硬编码情况了。
2022年6月 3日 21:12 | # | 引用
鹅鹅 说：
对于 RTL 语言来说，书本，网页通常是从右到左的顺序，阮老师啥时候出一期网页的RTL相关的教程。
2022年6月 3日 22:51 | # | 引用
Tao 说：
翻译成低尾端（地址值放低字节，小端），高尾端（低地址放高字节，大端）；这样容易记住；
2022年6月 5日 14:20 | # | 引用
Echo 说：
"上图是小端序的24165乘以3841",阮老师，这里是不是写错了。
2022年6月 5日 15:36 | # | 引用
我爱平铺 说：
但内存不是可以随机读写吗
2022年6月 5日 19:07 | # | 引用
Donald 说：
这篇文章可能是不懂计算机原理的人写的。从第二点到第八点都是人类的思维。计算机里面数据在寄存器里面移动，然后在逻辑运算单元里面计算，与字节序没有关系。这些优缺点对于计算机来说都不存在。
2022年6月 6日 08:58 | # | 引用
xueyexiao 说：
刷算法遇到过，只纠结了小端序的进位，还是很有用的。
2022年6月 6日 10:07 | # | 引用
erimus 说：
简明有趣
2022年6月 6日 16:46 | # | 引用
[email protected] 说：
这文章越来越水了
2022年6月 6日 19:32 | # | 引用
rust 说：
来个真正通俗易懂的RUST教程吧，阮老师。
2022年6月 6日 23:04 | # | 引用
Ben 说：
这不是计算机专业的基础知识？
2022年6月 7日 09:36 | # | 引用
AzureSky_X 说：
挺好的，感谢分享，至于有些小伙伴可能对这块已经有过比较深刻的理解，我只能说——有则改之无则加勉。
2022年6月 7日 10:31 | # | 引用
aaaa 说：
阮老师，最近网站时常打不开，是不是有人攻击
2022年6月 7日 16:21 | # | 引用
玟鲤 说：
感谢！刚好在复习计算机组成原理
2022年6月12日 09:00 | # | 引用
邓杰 说：
阮老师，您什么时候能出一个vue的教程呢，官方的教程写的晦涩难懂，看的很费劲呢
2022年6月13日 14:11 | # | 引用
Jade 说：
那你知道逻辑运算单元里面如何计算吗？ 谁给寄存器和逻辑单元发指令吗？
相信评论时的你不知道或者知道一点点皮毛，也讲不清楚明白。
2022年6月14日 12:55 | # | 引用
fafa1234 说：
其实他指出的问题是有道理的，博主可能是为了方便大家理解（用十进制来打比方，方便所有人去理解，但我们实际上知道计算机并不 care 数字的进制是什么，它只是用一组 bits 去表达这个数字，所以可以看做是二进制的。）。但是诸如判断奇数偶数，符号这些实际上对计算机是不存在的，cpu 内部固定采用比如说 little-endian。比如判断一个数字是否为奇数或者偶数，只需要判断 x & 1 的结果是不是 0 就可以知道了，是并不存在需要从左或者从右去看这个数字的。
big-endian 通常又称为“网络序”，因为很多数字在拼成数据包的时候，使用的是 big-endian。字节序是一个数字的 bits 在存储层面方面的概念，存在字节序的情况，通常是这个数字或者这个字符的 code point 由多个字节组成，那么在表达这个数字的时候，把这个数字看做一堆 bits，bits 按照它所在的位有一个重要性，越靠“左”（权重越大）的 bit 我们叫做它越重要，那么如果我们把最重要的那些 bits 放在地址值小的字节里，这就叫 big-endian。反之，就叫 little-endian。
2022年6月15日 14:52 | # | 引用
fafa1234 说：
一个字节由 8 个 bits 组成，这 8 个 bits 就是纯数学或者逻辑上的概念，是不存在像字节那样的顺序的。表达一个数字的多个字节，之所以有一个顺序，是因为一个字节是最小的可寻址单位，或者说寻址的分辨率和粒度就是字节。一个字节就相当于一个原子。
2022年6月15日 14:57 | # | 引用
mr tang 说：
豁然开朗
2022年6月15日 16:04 | # | 引用
Jade 说：
@fafa1234：
感谢解答，你说的有些专业名字我不太清楚，从学习探索技术角度来说我觉得文章上表达的东西是ok的，你说的x&1的位运算我理解，但是这也是可以深究的：
一个数字如果是16个字节表达如：0xfff7，对这个数字判断奇偶性
A按你说的x&1的计算方式二进制呈现： 1111 1111 1111 0111 & 1
B按照本博客文中的表达，是可以更简单的表达就是 0111 & 1，甚至 1 & 1
这可能还不明显感觉有什么区别，有一定硬件（芯片）知识的学者知道位运算实现其实就是三极管的运算，这需要耗电和耗费三极管资源，达到同一目的却有使用16个三极管与1个三极管的区别。
这虽然微小，即使目前计算机芯片没做到这个地步，但这是可以进步的，不应该停留在固定的框架去说逻辑思维。
2022年6月18日 22:54 | # | 引用
MYD 说：
通俗易懂
2022年6月30日 15:46 | # | 引用
rust 说：
非常棒,学习到了
2022年7月28日 15:31 | # | 引用
weaming 说：
「比较大小」那一段的配图我觉得放反了，竖线代表低位地址，可作为对齐的一个标准。
2022年7月29日 17:20 | # | 引用
Donald 说：
我当然知道。而且非常知道。
这篇文章客气来说是不清楚计算机原理。其实就是在乱弹琴。希望作者把这篇文章撤下，以免误认子弟。
2022年8月15日 08:50 | # | 引用
27rabbit 说：
大小端从历史上来说只是不同的公司的竞争罢了.. 对于计算机一次取一个 word 或者是 double word，大小端并没有区别
2022年9月 7日 10:01 | # | 引用
轶名 说：
一峰老师能出一篇讲解utf-8为什么没有大小端问题的博文么？
在下资质愚顿，现有网络资料没有理解这个问题。
2022年11月 2日 17:18 | # | 引用
Karl 说：
你接触计算机时，计算机字长是32位，不代表计算机诞生起就是32位。玩过红白机吗？那是8位CPU。
2022年12月27日 14:27 | # | 引用
fulltimelink 说：
针对 modbus 等传输控制协议来说，还是很有用的。
2023年5月16日 08:31 | # | 引用
随意 说：
其实人家说的没错，最简单的一点来说，所谓比较大小读到第一位就读不到数了，你是听谁说的？计算机知道后面的（62位没有数了吗，2的二进制01，64位的整数后面还有62位）如果CPU不往后读，他是怎么知道后面没有数了的
2024年1月26日 12:54 | # | 引用
随意 说：
@Jade：
从学习探索技术的角度上来讲，这就更加不可取了。以己昏昏能使人昭昭？
2024年1月26日 12:58 | # | 引用
随意 说：
没错。这种人明显就是看了一点计算机知识，或者只是了解一点高级语言的特性，就拿来想当然的解释底层的原理。以己昏昏欲使人昭昭;-）
2024年1月26日 13:02 | # | 引用
NotNPC 说：
总记不住，时长来看看这个通俗易懂的讲解。ps 楼上有些键盘侠好像别人做啥都能找到角度攻击，也是厉害
2024年3月19日 13:49 | # | 引用