理解字节序[主机字节序 网络字节序]
x86系列CPU都是little-endian的字节序。
网络字节顺序是TCP/IP中规定好的一种数据表示格式,它与具体的CPU类型、操作系统等无关,从而可以保证数据在不同主机之间传输时能够被正确解释。网络字节顺序采用big endian排序方式。
主机字节序(大端/小端) 和 网络字节序
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不同的CPU有不同的字节序类型,这些字节序是指 整数 在内存中保存的顺序,这个叫做 主机序。
最常见的有两种:
1.Little endian:将低序字节存储在起始地址
2.Big endian:将高序字节存储在起始地址
LE little-endian(小端)
- 最符合人的思维的字节序;
- 地址低位存储值的低位;
- 地址高位存储值的高位;
- 怎么讲是最符合人的思维的字节序,是因为从人的第一观感来说;
- 低位值小,就应该放在内存地址小的地方,也即内存地址低位;
- 反之,高位值就应该放在内存地址大的地方,也即内存地址高位;
BE big-endian(大端)
- 最直观的字节序;
- 地址低位存储值的高位;
- 地址高位存储值的低位;
- 为什么说直观,不要考虑对应关系;
- 只需要把内存地址从左到右按照由低到高的顺序写出;
- 把值按照通常的高位到低位的顺序写出;
- 两者对照,一个字节一个字节的填充进去;
例子:在内存中双字 0x01020304(DWORD) 的存储方式
内存地址
内存 (低) (高)
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(低字节) LE 04 03 02 01
(高字节) BE 01 02 03 04
例子:如果我们将0x1234abcd写入到以0x0000开始的内存中,则结果为
big-endian little-endian
0x0000 0x12 0xcd
0x0001 0x23 0xab
0x0002 0xab 0x34
0x0003 0xcd 0x12
x86系列CPU都是little-endian的字节序。
网络字节顺序是TCP/IP中规定好的一种数据表示格式,它与具体的CPU类型、操作系统等无关,从而可以保证数据在不同主机之间传输时能够被正确解释。网络字节顺序采用big endian排序方式。
为了进行转换 bsd socket提供了转换的函数 有下面四个
htons 把unsigned short类型从主机序转换到网络序
htonl 把unsigned long类型从主机序转换到网络序
ntohs 把unsigned short类型从网络序转换到主机序
ntohl 把unsigned long类型从网络序转换到主机序
在使用little endian的系统中,这些函数会把字节序进行转换;
在使用big endian类型的系统中,这些函数会定义成空宏;
同样,在网络程序开发时 或是跨平台开发时,也应该注意保证只用一种字节序,不然两方的解释不一样就会产生bug。
注:
1、网络与主机字节转换函数:htons()、ntohs()、htonl()、ntohl() (注意:s 就是short, l是long, h是host, n是network)
2、不同的CPU上运行不同的操作系统,字节序也是不同的,参见下表。
处理器 操作系统 字节排序
Alpha 全部 Little endian
HP-PA NT Little endian
HP-PA UNIX Big endian
Intelx86 全部 Little endian <-----x86系统是小端字节序系统
Motorola680x() 全部 Big endian
MIPS NT Little endian
MIPS UNIX Big endian
PowerPC NT Little endian
PowerPC 非NT Big endian <-----PPC系统是大端字节序系统
RS/6000 UNIX Big endian
SPARC UNIX Big endian
IXP1200 ARM核心 全部 Little endian
================================================================================================更新:
作者: 阮一峰
日期: 2016年11月22日
原文链接:http://www.ruanyifeng.com/blog/2016/11/byte-order.html
1.
计算机硬件有两种储存数据的方式:大端字节序(big endian)和小端字节序(little endian)。
举例来说,数值0x2211
使用两个字节储存:高位字节是0x22
,低位字节是0x11
。
- 大端字节序:高位字节在前,低位字节在后,这是人类读写数值的方法。
- 小端字节序:低位字节在前,高位字节在后,即以
0x1122
形式储存。
同理,0x1234567
的大端字节序和小端字节序的写法如下图。
2.
我一直不理解,为什么要有字节序,每次读写都要区分,多麻烦!统一使用大端字节序,不是更方便吗?
上周,我读到了一篇文章,解答了所有的疑问。而且,我发现原来的理解是错的,字节序其实很简单。
3.
首先,为什么会有小端字节序?
答案是,计算机电路先处理低位字节,效率比较高,因为计算都是从低位开始的。所以,计算机的内部处理都是小端字节序。
但是,人类还是习惯读写大端字节序。所以,除了计算机的内部处理,其他的场合几乎都是大端字节序,比如网络传输和文件储存。
4.
计算机处理字节序的时候,不知道什么是高位字节,什么是低位字节。它只知道按顺序读取字节,先读第一个字节,再读第二个字节。
如果是大端字节序,先读到的就是高位字节,后读到的就是低位字节。小端字节序正好相反。
理解这一点,才能理解计算机如何处理字节序。
5.
字节序的处理,就是一句话:
"只有读取的时候,才必须区分字节序,其他情况都不用考虑。"
处理器读取外部数据的时候,必须知道数据的字节序,将其转成正确的值。然后,就正常使用这个值,完全不用再考虑字节序。
即使是向外部设备写入数据,也不用考虑字节序,正常写入一个值即可。外部设备会自己处理字节序的问题。
6.
举例来说,处理器读入一个16位整数。如果是大端字节序,就按下面的方式转成值。
x = buf[offset] * 256 + buf[offset+1];
上面代码中,buf
是整个数据块在内存中的起始地址,offset
是当前正在读取的位置。第一个字节乘以256,再加上第二个字节,就是大端字节序的值,这个式子可以用逻辑运算符改写。
x = buf[offset]<<8 | buf[offset+1];
上面代码中,第一个字节左移8位(即后面添8个0
),然后再与第二个字节进行或运算。
如果是小端字节序,用下面的公式转成值。
x = buf[offset+1] * 256 + buf[offset];
32位整数的求值公式也是一样的。
/* 大端字节序 */ i = (data[3]<<0) | (data[2]<<8) | (data[1]<<16) | (data[0]<<24); /* 小端字节序 */ i = (data[0]<<0) | (data[1]<<8) | (data[2]<<16) | (data[3]<<24);
(完)