网络字节顺序和主机字节顺序的转换（htons ntohs htonl ntohl）

什么是网络字节顺序和主机字节顺序呢？

在进行网络编程时，需要进行转换以统一“格式”
 

简述：

网络字节顺序NBO（Network Byte 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，Host Byte Order）：
不同的机器HBO不相同，与CPU设计有关

不同的计算机结构有时使用不同的字节顺序存储数据。例如，基于Intel的计算机存储数据
的顺序与Macintosh(Motorola)计算机就是相反的。Intel字节顺序称为“Little-Endian”（小端），
反之Macintosh(Motorola)，还有网络上采用标准是“Big-Endian”（大端）。

 

Big-Endian	一个Word中的高位的Byte放在内存中这个Word区域的低地址处。
Little-Endian	一个Word中的低位的Byte放在内存中这个Word区域的低地址处。

 

 

详解：

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 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

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

4000 4001 4002 4003

LE 04 03 02 01

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.

函数例子解析之htonl()

简述：
    将主机的无符号长整形数转换成网络字节顺序。
    #include
    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
   char FAR* PASCAL FAR inet_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NVLL。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。
附注：

一、字节序定义

字节序，顾名思义字节的顺序，再多说两句就是大于一个字节类型的数据在内存中的存放顺序(一个字节的数据当然就无需谈顺序的问题了)。

其实大部分人在实际的开发中都很少会直接和字节序打交道。唯有在跨平台以及网络程序中字节序才是一个应该被考虑的问题。

在所有的介绍字节序的文章中都会提到字节序分为两类：Big-Endian和Little-Endian。引用标准的Big-Endian和Little-Endian的定义如下：
a) Little-Endian就是低位字节排放在内存的低地址端，高位字节排放在内存的高地址端。
b) Big-Endian就是高位字节排放在内存的低地址端，低位字节排放在内存的高地址端。
c) 网络字节序：4个字节的32 bit值以下面的次序传输：首先是0～7bit，其次8～15bit，然后16～23bit，最后是24~31bit。这种传输次序称作大端字节序。由于 TCP/IP首部中所有的二进制整数在网络中传输时都要求以这种次序，因此它又称作网络字节序。比如，以太网头部中2字节的“以太网帧类型”，表示后面数据的类型。对于ARP请求或应答的以太网帧类型来说，在网络传输时，发送的顺序是0x08，0x06。在内存中的映象如下图所示：
栈底 （高地址）
---------------
0x06 -- 低位 
0x08 -- 高位
---------------
栈顶 （低地址）
该字段的值为0x0806。按照大端方式存放在内存中。

二、高/低地址与高低字节

首先我们要知道我们C程序映像中内存的空间布局情况：在《C专家编程》中或者《Unix环境高级编程》中有关于内存空间布局情况的说明，大致如下图：
----------------------- 最高内存地址 0xffffffff
 | 栈底
 .
 .              栈
 .
  栈顶
-----------------------
 |
 |
\|/

NULL (空洞)

/|\
 |
 |
-----------------------
                堆
-----------------------
未初始化的数据
----------------(统称数据段)
初始化的数据
-----------------------
正文段(代码段)
----------------------- 最低内存地址 0x00000000

以上图为例如果我们在栈上分配一个unsigned char buf[4]，那么这个数组变量在栈上是如何布局的呢[注1]？看下图：
栈底 （高地址）
----------
buf[3]
buf[2]
buf[1]
buf[0]
----------
栈顶 （低地址）

现在我们弄清了高低地址，接着来弄清高/低字节，如果我们有一个32位无符号整型0x12345678(呵呵，恰好是把上面的那4个字节buf看成一个整型)，那么高位是什么，低位又是什么呢？其实很简单。在十进制中我们都说靠左边的是高位，靠右边的是低位，在其他进制也是如此。就拿 0x12345678来说，从高位到低位的字节依次是0x12、0x34、0x56和0x78。

高低地址和高低字节都弄清了。我们再来回顾一下Big-Endian和Little-Endian的定义，并用图示说明两种字节序：
以unsigned int value = 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 char buf[4]来表示value：
Big-Endian: 低地址存放高位，如下图：
栈底 （高地址）
---------------
buf[3] (0x78) -- 低位
buf[2] (0x56)
buf[1] (0x34)
buf[0] (0x12) -- 高位
---------------
栈顶 （低地址）

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

在现有的平台上Intel的X86采用的是Little-Endian，而像Sun的SPARC采用的就是Big-Endian。

三、例子

嵌入式系统开发者应该对Little-endian和Big-endian模式非常了解。采用Little-endian模式的CPU对操作数的存放方式是从低字节到高字节，而Big-endian模式对操作数的存放方式是从高字节到低字节。

例如，16bit宽的数0x1234在Little-endian模式CPU内存中的存放方式（假设从地址0x4000开始存放）为：

内存地址  存放内容
 0x4001    0x12
 0x4000    0x34

而在Big-endian模式CPU内存中的存放方式则为：

内存地址  存放内容
 0x4001    0x34
 0x4000    0x12
 
32bit宽的数0x12345678在Little-endian模式CPU内存中的存放方式（假设从地址0x4000开始存放）为：

内存地址  存放内容
 0x4003     0x12
 0x4002     0x34
 0x4001     0x56
 0x4000     0x78
 
而在Big-endian模式CPU内存中的存放方式则为：

内存地址  存放内容
 0x4003     0x78
 0x4002     0x56
 0x4001     0x34
 0x4000     0x12

四。

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

 五、代码实例说明

我们先看下面的代码，看完啥都明白了。
  
  这是运行在HP-UNIX 9000/800下完整的C语言代码，即为 Big-Endian 方式。
  
  #include
  void main()
  {
  
  int i=0x41424344;
  
  printf("int  Address:%x Value:%x\n",&i,i);
  printf("-------------------------------\n");
  
  char* pAddress=(char*)&i;
  int j;
  
  for(j=0;j<=3;j++)
  {
   printf("char Address:%x Value:%c\n",pAddress,*pAddress);
   pAddress++;
  }
  
  }
  
  编译输出(cc -g ...)：
  
  int  Address:7f7f08f0 Value:41424344
  -------------------------------
  char Address:7f7f08f0 Value:A
  char Address:7f7f08f1 Value:B
  char Address:7f7f08f2 Value:C
  char Address:7f7f08f3 Value:D

    我们回到Windows XP下，看看这段代码的输出。Little-Endian 模式。
    
  #include
  void main()
  {
   int i=0x41424344;
   printf("int  Address:%x Value:%x\n",&i,i);
   printf("-------------------------------\n");
   char* pAddress=(char*)&i;
   int j;
   for(j=0;j<=3;j++)
   {
    printf("char Address:%x Value:%c\n",pAddress,*pAddress);
    pAddress++;
   }
  }

  编译输出(VC 6.0)：
  
  int  Address:12ff7c Value:41424344
  -------------------------------
  char Address:12ff7c Value:D
  char Address:12ff7d Value:C
  char Address:12ff7e Value:B
  char Address:12ff7f Value:A
   
  

    看完上面代码，应该就很清楚了，什么字节顺序？真是简单的要死！int i=0x41424344;
    采用16进制，我们知道A的ACSII码是65，16进制就是41，可以理解，本例是想通过输出
    A,B,C,D来验证字节顺序。我再对内存数据进行列表，相信会更有深层次的理解。
   

  Big-Endian的内存放置顺序如下：
  
  地址：0x7f7f08f0  0x7f7f08f1  0x7f7f08f2  0x7f7f08f3
  
        0x41        0x42        0x43        0x44
      
  Little-Endian的内存放置顺序如下：

  地址：0x0012ff7c  0x0012ff7d  0x0012ff7e  0x0012ff7f
  
        0x44        0x43        0x42        0x41

 六、用函数判断系统是Big Endian还是Little Endian

bool IsBig_Endian()
//如果字节序为big-endian，返回true;
//反之为   little-endian，返回false
{
    unsigned short test = 0x1122;
    if(*( (unsigned char*) &test ) == 0x11)
       return TRUE;
else
    return FALSE;

}//IsBig_Endian()

七、最后的说明

  主机字节顺序(Host)
  Little-Endian [ Intel、VAX和Unisys处理器 等]
  网络字节顺序(Network)
  Big-Endian [ IBM 370、Motorola和大多数RISC设计 ---- IBM 大型机和大多数Unix平台 ]

  字节转换多半应用在网络编程，或者代码移植的情况下。
  Unix环境下的一些相关函数：（必须包含头文件 #include )
  
  htons()--"Host to Network Short"
  htonl()--"Host to Network Long"
  ntohs()--"Network to Host Short"
  ntohl()--"Network to Host Long"
  
  Windows .Net 一些相关函数:
  
  HostToNetworkOrder
  NetworkToHostOrder