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理解字节序,大端和小端

字节序

大端和小端

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)。

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。

0x1234567 的大端字节序和小端字节序的写法如下图:

/images/byteorder.png

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。

字节序处理

“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。

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。

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。

字节序测试程序

不同 cpu 平台上字节序通常也不一样,下面的 C 程序可以测试不同平台上的字节序。

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#include <netinet/in.h>

int main(void) {
    int n = 0x12345678;
    // 取 n 的地址并强制转换为 char * 类型的指针,每次执行 +1 运算内存偏移 8bit
    // 一个 16 进制数占据 4bit 内存,所以一次打印两位 16 进制数
    printf("[0]: 0x%x\n", *((char *)&n + 0));
    printf("[1]: 0x%x\n", *((char *)&n + 1));
    printf("[2]: 0x%x\n", *((char *)&n + 2));
    printf("[3]: 0x%x\n", *((char *)&n + 3));

    n = htonl(n);
    printf("[0]: 0x%x\n", *((char *)&n + 0));
    printf("[1]: 0x%x\n", *((char *)&n + 1));
    printf("[2]: 0x%x\n", *((char *)&n + 2));
    printf("[3]: 0x%x\n", *((char *)&n + 3));
}

另一个程序

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void check_endian(uint16_t a) {
    if (*(char *)&a == 1)
        printf("big endian\n");
    elseif (*(char *)&a == 2)
        printf("little endian\n");
    else 
        printf("unknown\n");
}

int main(void) {
    uint16_t a = 0x0102;
    uint16_t b = htons(a);
    check_endian(a);
    check_endian(b);
}

在80X86CPU平台上,执行该程序得到如下结果:

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[0]:0x78  
[1]:0x56   
[2]:0x34   
[3]:0x12  

[0]:0x12   
[1]:0x34   
[2]:0x56   
[3]:0x78  

分析结果,在80X86平台上,系统将多字节中的低位存储在变量起始地址,使用小端法。htonl将i_num转换成网络字节序,可见网络字节序是大端法。

参考链接