大端模式与小端模式

原文地址：大端模式与小端模式作者：吃鱼的小花猫

一、概念及详解
　　在各种体系的计算机中通常采用的字节存储机制主要有两种：big-endian和little-endian，即大端模式和小端模式。

　　先回顾两个关键词，MSB和LSB：

　　MSB:Most SignificantBit ------- 最高有效位
　　LSB:LeastSignificant Bit ------- 最低有效位

　　大端模式（big-edian）
　　big-endian：MSB存放在最低端的地址上。

　　举例，双字节数0x1234以big-endian的方式存在起始地址0x00002000中：

       | data |<-- address
       | 0x12 |<-- 0x00002000
       | 0x34 |<-- 0x00002001

　　在Big-Endian中，对于bit序列中的序号编排方式如下（以双字节数0x8B8A为例）：

       bit | 0 1 2 3 4 5 6 7 | 8 9 10 11 12 13 14 15
       ------MSB----------------------------------LSB
       val | 1 0 0 0 1 0 1 1 | 1 0 0 0 1 0 1 0 |
       +--------------------------------------------+
       = 0x8 B 8 A

　　小端模式(little-endian)
　　little-endian：LSB存放在最低端的地址上。

　　举例，双字节数0x1234以little-endian的方式存在起始地址0x00002000中：

       | data |<-- address
       | 0x34 |<-- 0x00002000
       | 0x12 |<-- 0x00002001

　　在Little-Endian中，对于bit序列中的序号编排和Big-Endian刚好相反，其方式如下（以双字节数0x8B8A为例）：

       bit | 15 14 13 12 11 10 9 8 | 7 6 5 4 3 2 1 0
       ------MSB-----------------------------------LSB
       val | 1 0 0 0 1 0 1 1 | 1 0 0 0 1 0 1 0 |
       +---------------------------------------------+
       = 0x8 B 8 A

二、数组在大端小端情况下的存储：
　　以unsigned intvalue = 0x12345678为例，分别看看在两种字节序下其存储情况，我们可以用unsigned charbuf[4]来表示value：

　　Big-Endian:低地址存放高位，如下：

      高地址
       ---------------
       buf[3] (0x78) -- 低位
       buf[2] (0x56)
       buf[1] (0x34)
       buf[0] (0x12) -- 高位
       ---------------
       低地址

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

 

三、大端小端转换方法：
　　Big-Endian转换成Little-Endian如下：

　　　　#defineBigtoLittle16(A)  ((((uint16)(A)& 0xff00) >> 8) |
                                 (((uint16)(A)& 0x00ff) <<8))

　　　　#defineBigtoLittle32(A)  ((((uint32)(A)& 0xff000000) >> 24)|
                                  (((uint32)(A)& 0x00ff0000) >> 8) |
                                  (((uint32)(A)& 0x0000ff00) << 8) |
                                  (((uint32)(A)& 0x000000ff) <<24))

四、大端小端检测方法：
　　如何检查处理器是big-endian还是little-endian?

　　联合体union的存放顺序是所有成员都从低地址开始存放，利用该特性就可以轻松地获得了CPU对内存采用Little-endian还是Big-endian模式读写。

     intcheckCPUendian()
    {
        union
        {
             unsigned int a;
             unsigned char b;
        }c;
        c.a = 1;
        return (c.b == 1);
    }
    

 

网络字节顺序

1、字节内的比特位不受这种顺序的影响
   比如一个字节 1000 0000 （或表示为十六进制 80H)不管是什么顺序其内存中的表示法都是这样。

2、大于1个字节的数据类型才有字节顺序问题

   比如 ByteA，这个变量只有一个字节的长度，所以根据上一条没有字节顺序问题。所以字节顺序是“字节之间的相对顺序”的意思。

3、大于1个字节的数据类型的字节顺序有两种

   比如 short B，这是一个两字节的数据类型，这时就有字节之间的相对顺序问题了。
   网络字节顺序是“所见即所得”的顺序。而Intel类型的CPU的字节顺序与此相反。
   比如上面的 shortB=0102H(十六进制，每两位表示一个字节的宽度）。所见到的是“0102”，按一般数学常识，数轴从左到右的方向增加，即内存地址从左到右增加的话，在内存中这个short B的字节顺序是：
      01 02
   这就是网络字节顺序。所见到的顺序和在内存中的顺序是一致的！

   而相反的字节顺序就不同了，其在内存中的顺序为：02 01
   假设通过抓包得到网络数据的两个字节流为：01 02
   如果这表示两个 Byte类型的变量，那么自然不需要考虑字节顺序的问题。
   如果这表示一个 short变量，那么就需要考虑字节顺序问题。根据网络字节顺序“所见即所得”的规则，这个变量的值就是：0102

   假设本地主机是Intel类型的，那么要表示这个变量，有点麻烦：
   定义变量 short X，
   字节流地址为：pt，按顺序读取内存是为
   x=*((short*)pt);
   那么X的内存顺序当然是 01 02
   按非“所见即所得”的规则，这个内存顺序和看到的一样显然是不对的，所以要把这两个字节的位置调换。
   调换的方法可以自己定义，但用已经有的API还是更为方便。

 

网络字节顺序与主机字节顺序NBO与HBO

 

   网络字节顺序NBO（NetworkByte Order）：按从高到低的顺序存储，在网络上使用统一的网络字节顺序，可以避免兼容性问题。

   主机字节顺序（HBO，HostByte Order）：不同的机器HBO不相同，与CPU设计有关计算机数据存储有两种字节优先顺序：高位字节优先和低位字节优先。

 

   Internet上数据以高位字节优先顺序在网络上传输，所以对于在内部是以低位字节优先方式存储数据的机器，在Internet上传输数据时就需要进行转换。

 

相关网络函数

 

htonl()

简述：
   将主机的无符号长整形数转换成网络字节顺序。
   #include <winsock.h>
   u_long PASCAL FAR htonl( u_long hostlong);
   hostlong：主机字节顺序表达的32位数。
注释：
   本函数将一个32位数从主机字节顺序转换成网络字节顺序。
返回值：
   htonl()返回一个网络字节顺序的值。

 

inet_ntoa()

简述：
将网络地址转换成“.”点隔的字符串格式。
#include<winsock.h>
char FAR* PASCAL FARinet_ntoa( struct in_addr in);
in：一个表示Internet主机地址的结构。

注释：
本函数将一个用in参数所表示的Internet地址结构转换成以“.”间隔的诸如“a.b.c.d”的字符串形式。请注意inet_ntoa()返回的字符串存放在WINDOWS套接口实现所分配的内存中。应用程序不应假设该内存是如何分配的。在同一个线程的下一个WINDOWS套接口调用前，数据将保证是有效。
返回值：
若无错误发生，inet_ntoa()返回一个字符指针。否则的话，返回NULL。其中的数据应在下一个WINDOWS套接口调用前复制出来。

 

网络中传输的数据有的和本地字节存储顺序一致，而有的则截然不同，为了数据的一致性，就要把本地的数据转换成网络上使用的格式，然后发送出去，接收的时候也是一样的，经过转换然后才去使用这些数据，基本的库函数中提供了这样的可以进行字节转换的函数，如和htons()htonl() ntohs() ntohl()，这里n表示network，h表示host，htons()htonl()用于本地字节向网络字节转换的场合，s表示short，即对2字节操作，l表示long即对4字节操作。同样ntohs()ntohl()用于网络字节向本地格式转换的场合。

 

 

inet_ntoa()将网络字节序地址转换成“.”点隔的字符串格式
inet_addr()将“.”点隔字符串地址转换成网络字节序地址

htonl()将主机字节序转换为网络字节序 long
ntohl()将网络字节序转换为主机字节序 long

htons()将主机字节序转换为网络字节序 short
ntohs()将网络字节序转换为主机字节序 short

 

intelcpu的主机数据是小端存储模式
网络传输是大端存储模式

小端存储模式0x1234H 34H存在低地址，12H存在高地址
大端存储模式0x1234H 34H存在高地址，12H存在低地址