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字节顺序,Big Endian 和 Little Endian


字节顺序,又称端序或尾序(英语:Endianness),在计算机科学领域中,指电脑内存中或在数字通信链路中,组成多字节的字的字节的排列顺序。

在几乎所有的机器上,多字节对象都被存储为连续的字节序列。例如在 C 语言中,一个类型为 int 的变量 x 地址为 0x100,那么其对应地址表达式 &x 的值为 0x100。且 x 的四个字节将被存储在电脑内存的 0x100, 0x101, 0x102, 0x103 位置。

字节的排列方式有两个通用规则。例如,将一个多位数的低位放在较小的地址处,高位放在较大的地址处,则称小端序;反之则称大端序。在网络应用中,字节序是一个必须被考虑的因素,因为不同机器类型可能采用不同标准的字节序,所以均按照网络标准转化。

例如假设上述变量 x 类型为 int,位于地址 0x100 处,它的值为 0x01234567,地址范围为 0x100~0x103 字节,其内部排列顺序依赖于机器的类型。大端法从首位开始将是:0x100: 0x01, 0x101: 0x23,..。而小端法将是:0x100: 0x67, 0x101: 0x45,..

字节顺序

在哪种字节顺序更合适的问题上,人们表现得非常情绪化,实际上,就像鸡蛋的问题一样,没有技术上的原因来选择字节顺序规则,因此,争论沦为关于社会政治问题的争论,只要选择了一种规则并且始终如一地坚持,其实对于哪种字节排序的选择是任意的。

对于单一的字节(a byte),大部分处理器以相同的顺序处理位元(bit),因此单字节的存放方法和传输方式一般相同。

对于多字节数据,如整数(32 位机中一般占 4 字节),在不同的处理器的存放方式主要有两种,以内存中·0x0A0B0C0D·的存放方式为例,分别有以下几种方式:

注: 0x 前缀代表十六进制。

大端序

280pxBigEndiansvg.png

大端序(英:big-endian)或称大尾序

  • 数据以 8bit 为单位:
地址增长方向
... 0x0A 0x0B 0x0C 0x0D ...

示例中,最高位字节是 0x0A 存储在最低的内存地址处。下一个字节 0x0B 存在后面的地址处。正类似于十六进制字节从左到右的阅读顺序。

  • 数据以 16bit 为单位:
地址增长方向
... 0x0A0B 0x0C0D ...

最高的 16bit 单元 0x0A0B 存储在低位。

小端序

280pxLittleEndiansvg.png

小端序(英:little-endian)或称小尾序

  • 数据以 8bit 为单位:
地址增长方向
... 0x0D 0x0C 0x0B 0x0A ...

最低位字节是 0x0D 存储在最低的内存地址处。后面字节依次存在后面的地址处。

  • 数据以 16bit 为单位:
地址增长方向
... 0x0C0D 0x0A0B ...

最低的 16bit 单元 0x0C0D 存储在低位。

  • 更改地址的增长方向:

当更改地址的增长方向,使之由右至左时,表格更具有可阅读性。

地址增长方向
... 0x0A 0x0B 0x0C 0x0D ...

最低有效位(LSB)是 0x0D 存储在最低的内存地址处。后面字节依次存在后面的地址处。

地址增长方向
... 0x0A0B 0x0C0D ...

最低的 16bit 单元 0x0C0D 存储在低位。

混合序

混合序(英:middle-endian)具有更复杂的顺序。以 PDP-11 为例,0x0A0B0C0D 被存储为:

  • 32bit 在 PDP-11 的存储方式
地址增长方向
... 0x0B 0x0A 0x0D 0x0C ...

可以看作高 16bit 和低 16bit 以大端序存储,但 16bit 内部以小端存储。

处理器体系

  • x86、MOS Technology 6502、Z80、VAX、PDP-11 等处理器为小端序;
  • Motorola 6800、Motorola 68000、PowerPC 970、System/370、SPARC(除 V9 外)等处理器为大端序;
  • ARM、PowerPC(除 PowerPC 970 外)、DEC Alpha、SPARC V9、MIPS、PA-RISC 及 IA64 的字节序是可配置的。

网络序

网络传输一般采用大端序,也被称之为网络字节序,或网络序。IP 协议中定义大端序为网络字节序。

Berkeley 套接字定义了一组转换函数,用于 16 和 32bit 整数在网络序和本机字节序之间的转换。htonl,htons 用于本机序转换到网络序;ntohl,ntohs 用于网络序转换到本机序。

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