colorful

1/ 網(wǎng)絡(luò)字節(jié)順序是TCP/IP中規(guī)定好的一種數(shù)據(jù)表示格式，它與具體的CPU類型、操作系統(tǒng)等無(wú)關(guān)，從而可以保證數(shù)據(jù)在不同主機(jī)之間傳輸時(shí)能夠被正確解釋，網(wǎng)絡(luò)字節(jié)順序采用big-endian排序方式。

2/ 而我們常用的 x86 CPU (intel, AMD) 電腦是 little-endian,也就是整數(shù)的低位字節(jié)放在內(nèi)存的低字節(jié)處。

舉個(gè)例子吧。假定你的數(shù)據(jù)是0x1234,
在網(wǎng)絡(luò)字節(jié)順序里 這個(gè)數(shù)據(jù)放到內(nèi)存中就應(yīng)該顯示成

addr addr+1

0x12 0x34

而在x86電腦上，數(shù)據(jù)0x1234放到內(nèi)存中實(shí)際是：

addr addr+1

0x34 0x12

htons 的用處就是把實(shí)際主機(jī)內(nèi)存中的整數(shù)存放方式調(diào)整成網(wǎng)絡(luò)字節(jié)順序。


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大端小端（Big- Endian和Little-Endian）

字節(jié)序（Endian），大端（Big-Endian），小端（Little-Endian） 圖文并茂

http://m.shnenglu.com/tx7do/archive/2009/01/06/71276.html

 http://my.oschina.net/alphajay/blog/5478

在 各種計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)中，對(duì)于字節(jié)、字等的存儲(chǔ)機(jī)制有所不同，因而引發(fā)了計(jì)算機(jī) 通信領(lǐng) 域中一個(gè)很重要的問(wèn)題，即通信雙方交流的信息單元（比特、字節(jié)、字、雙字等等）應(yīng)該以什么樣的順序進(jìn)行傳送。如果不達(dá)成一致的規(guī)則，通信雙方將無(wú)法進(jìn)行正 確的編/譯碼從而導(dǎo)致通信失敗。目前在各種體系的計(jì)算機(jī)中通常采用的字節(jié)存儲(chǔ)機(jī)制主要有兩種：Big-Endian和Little-Endian，下面先 從字節(jié)序說(shuō)起。

一、什么是字節(jié)序

字節(jié)序，顧名思義字節(jié)的順序，再多說(shuō)兩句就是大于一個(gè)字節(jié)類型的數(shù)據(jù)在內(nèi)存中的存放順序(一個(gè)字節(jié)的數(shù)據(jù)當(dāng)然就無(wú)需談順序的問(wèn)題了)。其實(shí)大部分人在實(shí)際的開(kāi) 發(fā)中都很少會(huì)直接和字節(jié)序打交道。唯有在跨平臺(tái)以及網(wǎng)絡(luò)程序中字節(jié)序才是一個(gè)應(yīng)該被考慮的問(wèn)題。

在所有的介紹字節(jié)序的文章中都會(huì)提到字 節(jié)序分為兩類：Big-Endian和Little-Endian，引用標(biāo)準(zhǔn)的Big-Endian和Little-Endian的定義如下：
a) Little-Endian就是低位字節(jié)排放在內(nèi)存的低地址端，高位字節(jié)排放在內(nèi)存的高地址端。
b) Big-Endian就是高位字節(jié)排放在內(nèi)存的低地址端，低位字節(jié)排放在內(nèi)存的高地址端。
c) 網(wǎng)絡(luò)字節(jié)序：TCP/IP各層協(xié)議將字節(jié)序定義為Big-Endian，因此TCP/IP協(xié)議中使用的字節(jié)序通常稱之為網(wǎng)絡(luò)字節(jié)序。

1.1 什么是高/低地址端

首先我們要知道我們C程序映像中內(nèi)存的空間布局情況：在《C專 家編程》中或者《Unix環(huán)境高級(jí)編程》中有關(guān)于內(nèi)存空間布局情況的說(shuō)明，大致如下圖：
----------------------- 最高內(nèi)存地址 0xffffffff
棧底
棧
棧頂
-----------------------

NULL (空洞)
-----------------------
堆
-----------------------
未初始 化的數(shù)據(jù)
----------------------- 統(tǒng)稱數(shù)據(jù)段
初始化的數(shù)據(jù)
-----------------------
正 文段(代碼段)
----------------------- 最低內(nèi)存地址 0x00000000

以上圖為例如果我們?cè)跅?上分配一個(gè)unsigned char buf[4]，那么這個(gè)數(shù)組變量在棧上是如何布局的呢？看下圖：
棧底 （高地址）
----------
buf[3]
buf[2]
buf[1]
buf[0]
----------
棧頂 （低地址）

1.2 什么是高/低字節(jié)

現(xiàn)在我們弄清了高/低地址，接著考慮高/低字節(jié)。有些文章中稱低位字節(jié)為最低有效位，高位字節(jié)為最高有效位。如果我們有一個(gè)32位無(wú)符號(hào)整型0x12345678，那么高位是什么，低位又是什么呢？ 其實(shí)很簡(jiǎn)單。在十進(jìn)制中我們都說(shuō)靠左邊的是高位，靠右邊的是低位，在其他進(jìn)制也是如此。就拿 0x12345678來(lái)說(shuō)，從高位到低位的字節(jié)依次是0x12、0x34、0x56和0x78。
高/低地址端和高/低字節(jié)都弄清了。我們?cè)賮?lái)回顧 一下Big-Endian和Little-Endian的定義，并用圖示說(shuō)明兩種字節(jié)序：
以u(píng)nsigned int value = 0x12345678為例，分別看看在兩種字節(jié)序下其存儲(chǔ)情況，我們可以用unsigned char buf[4]來(lái)表示value：

Big-Endian: 低地址存放高位，如下圖：
棧底 （高地址）
---------------
buf[3] (0x78) -- 低位
buf[2] (0x56)
buf[1] (0x34)
buf[0] (0x12) -- 高位
---------------
棧頂 （低地址）

Little-Endian: 低地址存放低位，如下圖：
棧底 （高地址）
---------------
buf[3] (0x12) -- 高位
buf[2] (0x34)
buf[1] (0x56)
buf[0] (0x78) -- 低位
--------------
棧 頂 （低地址）

二、各種Endian

2.1 Big-Endian

計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)中一種描述多字節(jié)存儲(chǔ)順序的術(shù)語(yǔ)，在這種機(jī)制中最重要字節(jié)（MSB）存放在最低端的地址 上。采用這種機(jī)制的處理器有IBM3700系列、PDP-10、Mortolora微處理器系列和絕大多數(shù)的RISC處理器。
+----------+
| 0x34 |<-- 0x00000021
+----------+
| 0x12 |<-- 0x00000020
+----------+
圖 1：雙字節(jié)數(shù)0x1234以Big-Endian的方式存在起始地址0x00000020中

　在Big-Endian中，對(duì)于bit序列 中的序號(hào)編排方式如下（以雙字節(jié)數(shù)0x8B8A為例）：
bit 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15
+-----------------------------------------+
val | 1 0 0 0 1 0 1 1 | 1 0 0 0 1 0 1 0 |
+----------------------------------------+
圖 2：Big-Endian的bit序列編碼方式

2.2 Little-Endian

計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)中 一種描述多字節(jié)存儲(chǔ)順序的術(shù)語(yǔ)，在這種機(jī)制中最不重要字節(jié)（LSB）存放在最低端的地址上。采用這種機(jī)制的處理器有PDP-11、VAX、Intel系列 微處理器和一些網(wǎng)絡(luò)通信設(shè)備。該術(shù)語(yǔ)除了描述多字節(jié)存儲(chǔ)順序外還常常用來(lái)描述一個(gè)字節(jié)中各個(gè)比特的排放次序。

+----------+
| 0x12 |<-- 0x00000021
+----------+
| 0x34 |<-- 0x00000020
+----------+

圖3：雙字節(jié)數(shù)0x1234以Little-Endian的方式存在起始地址0x00000020中

　在 Little-Endian中，對(duì)于bit序列中的序號(hào)編排和Big-Endian剛好相反，其方式如下（以雙字節(jié)數(shù)0x8B8A為例）：

bit 15 14 13 12 11 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0
+-----------------------------------------+
val | 1 0 0 0 1 0 1 1 | 1 0 0 0 1 0 1 0 |
+-----------------------------------------+
圖 4：Little-Endian的bit序列編碼方式

注2：通常我們說(shuō)的主機(jī)序（Host Order）就是遵循Little-Endian規(guī)則。所以當(dāng)兩臺(tái)主機(jī)之間要通過(guò)TCP/IP協(xié)議進(jìn)行通信的時(shí)候就需要調(diào)用相應(yīng)的函數(shù)進(jìn)行主機(jī)序 （Little-Endian）和網(wǎng)絡(luò)序（Big-Endian）的轉(zhuǎn)換。

注3：正因?yàn)檫@兩種機(jī)制對(duì)于同一bit序列的序號(hào)編排方式恰 恰相反，所以《現(xiàn)代英漢詞典》中對(duì)MSB的翻譯為“最高有效位”欠妥，故本文定義為“最重要的bit/byte”。

2.3 Middle-Endian

除了Big-Endian和Little-Endian之外的多字節(jié)存儲(chǔ)順序就是Middle- Endian，比如以4個(gè)字節(jié)為例：象以3-4-1-2或者2-1-4-3這樣的順序存儲(chǔ)的就是Middle-Endian。這種存儲(chǔ)順序偶爾會(huì)在一些小 型機(jī)體系中的十進(jìn)制數(shù)的壓縮格式中出現(xiàn)。

嵌入式系統(tǒng)開(kāi)發(fā)者應(yīng)該對(duì)Little-endian和Big-endian模式非常了解。采用 Little-endian模式的CPU對(duì)操作數(shù)的存放方式是從低字節(jié)到高字節(jié)，而Big-endian模式對(duì)操作數(shù)的存放方式是從高字節(jié)到低字節(jié)。 32bit寬的數(shù)0x12345678在Little-endian模式CPU內(nèi)存中的存放方式（假設(shè)從地址0x4000開(kāi)始存放）為：

而在Big- endian模式CPU內(nèi)存中的存放方式則為：

三、Big-Endian和Little-Endian優(yōu)缺點(diǎn)

Big-Endian優(yōu)點(diǎn)：靠首先提取高位字節(jié)，你總是可以由看看在偏移位置為0的字節(jié)來(lái)確定這個(gè)數(shù)字是 正數(shù)還是負(fù)數(shù)。你不必知道這個(gè)數(shù)值有多長(zhǎng)，或者你也不必過(guò)一些字節(jié)來(lái)看這個(gè)數(shù)值是否含有符號(hào)位。這個(gè)數(shù)值是以它們被打印出來(lái)的順序存放的，所以從二進(jìn)制到十進(jìn)制的函數(shù)特別有效。因而，對(duì)于不同要求的機(jī)器，在設(shè)計(jì)存取方式時(shí)就會(huì)不同。

Little-Endian優(yōu)點(diǎn)：提取一個(gè)，兩個(gè)，四個(gè)或者更長(zhǎng)字節(jié)數(shù)據(jù)的匯編指令以與其他所有格式相同的方式進(jìn)行：首先在偏移地址為0的地方提取最低位的字節(jié)，因?yàn)榈刂菲坪妥止?jié)數(shù)是一對(duì) 一的關(guān)系，多重精度的數(shù)學(xué)函數(shù)就相對(duì)地容易寫(xiě)了。

如 果你增加數(shù)字的值，你可能在左邊增加數(shù)字（高位非指數(shù)函數(shù)需要更多的數(shù)字）。 因此， 經(jīng)常需要增加兩位數(shù)字并移動(dòng)存儲(chǔ)器里所有Big-endian順序的數(shù)字，把所有數(shù)向右移，這會(huì)增加計(jì)算機(jī)的工作量。不過(guò)，使用Little- Endian的存儲(chǔ)器中不重要的字節(jié)可以存在它原來(lái)的位置，新的數(shù)可以存在它的右邊的高位地址里。這就意味著計(jì)算機(jī)中的某些計(jì)算可以變得更加簡(jiǎn)單和快速。

四、如何檢查處理器是Big-Endian還是Little-Endian?

由于聯(lián)合體union的存放順序是所有成員都從低地址開(kāi)始存放，利用該特性就可以輕松地獲得了CPU對(duì)內(nèi)存采用Little- endian還是Big-endian模式讀寫(xiě)。例如：
int checkCPUendian(){
union {
unsigned int a;
unsigned char b;           
}c;
c.a = 1;
return (c.b == 1);      

}   /*return 1 : little-endian, return 0:big-endian*/

五、Big-Endian和Little-Endian轉(zhuǎn) 換

現(xiàn)有的平臺(tái)上Intel的X86采用的是Little-Endian，而像 Sun的SPARC采用的就是Big-Endian。那么在跨平臺(tái)或網(wǎng)絡(luò)程序中如何實(shí)現(xiàn)字節(jié)序的轉(zhuǎn)換呢？這個(gè)通過(guò)C語(yǔ)言的移位操作很容易實(shí)現(xiàn)，例如下面的 宏：

#if defined(BIG_ENDIAN) && !defined(LITTLE_ENDIAN)

#define htons(A)   (A)
#define htonl(A)     (A)
#define ntohs(A)   (A)
#define ntohl(A)    (A)

#elif defined(LITTLE_ENDIAN) && !defined(BIG_ENDIAN)

#define htons(A)     ((((uint16)(A) & 0xff00) >> 8) | \
(((uint16)(A) & 0x00ff) << 8))
#define htonl(A)     ((((uint32)(A) & 0xff000000) >> 24) | \
(((uint32)(A) & 0x00ff0000) >> 8) | \
(((uint32)(A) & 0x0000ff00) << 8) | \
(((uint32)(A) & 0x000000ff) << 24))
#define ntohs htons
#define ntohl htohl

#else

#error "Either BIG_ENDIAN or LITTLE_ENDIAN must be #defined, but not both."

網(wǎng)絡(luò)字節(jié)順序
1、字節(jié)內(nèi)的比特位不受這種順序的影響
比如一個(gè)字節(jié) 1000 0000 （或表示為十六進(jìn)制 80H)不管是什么順序其內(nèi)存中的表示法都是這樣。

2、大于1個(gè)字節(jié)的數(shù)據(jù)類型才有字節(jié)順序問(wèn)題
比如 Byte A，這個(gè)變量只有一個(gè)字節(jié)的長(zhǎng)度，所以根據(jù)上一條沒(méi)有字節(jié)順序問(wèn)題。所以字節(jié)順序是“字節(jié)之間的相對(duì)順序”的意思。

3、大于1個(gè)字節(jié)的數(shù)據(jù)類型的字節(jié)順序有兩種
比如 short B，這是一個(gè)兩字節(jié)的數(shù)據(jù)類型，這時(shí)就有字節(jié)之間的相對(duì)順序問(wèn)題了。
網(wǎng)絡(luò)字節(jié)順序是“所見(jiàn)即所得”的順序。而Intel類型的CPU的字節(jié)順序與此相反。
比如上面的 short B=0102H(十六進(jìn)制，每?jī)晌槐硎疽粋€(gè)字節(jié)的寬度）。所見(jiàn)到的是“0102”，按一般數(shù)學(xué)常識(shí)，數(shù)軸從左到右的方向增加，即內(nèi)存地址從左到右增加的話，在內(nèi)存中這個(gè) short B的字節(jié)順序是：
01 02
這就是網(wǎng)絡(luò)字節(jié)順序。所見(jiàn)到的順序和在內(nèi)存中的順序是一致的！
假設(shè)通過(guò)抓包得到網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)的兩個(gè)字節(jié)流為：01 02

而相反的字節(jié)順序就不同了，其在內(nèi)存中的順序?yàn)椋?2 01

如果這表示兩個(gè) Byte類型的變量，那么自然不需要考慮字節(jié)順序的問(wèn)題。如果這表示一個(gè) short 變量，那么就需要考慮字節(jié)順序問(wèn)題。根據(jù)網(wǎng)絡(luò)字節(jié)順序“所見(jiàn)即所得”的規(guī)則，這個(gè)變量的值就是：0102

 #endif