Endianness一点通

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Endianness 的问题实质就是关于计算机如何存储大的数值的问题。

我们知道一个基本存储单元可以保存一个字节，每个存储单元对应一个地址。对于大于十进制255（16进制0xff）的整数，需要多个存储单元。例如，4660对应于0x1234，需要两个字节。不同的计算机系统使用不同的方法保存这两个字节。在我们常用的PC机中，低位的字节0x34保存在低地址的存储单元，高位的字节0x12保存在高地址的存储单元；而在Sun工作站中，情况恰恰相反，0x34位于高地址的存储单元，0x12位于低地址的存储单元。前一种就被称为Little Endian，后一种就是Big Endian。

如何记住这两种存储模式？其实很简单。首先记住我们所说的存储单元的地址总是由低到高排列。对于多字节的数值，如果先见到的是低位的字节，则系统就是Little Endian的，Little 就是"小，少"的意思，也就对应"低"。相反就是Big Endian，这里 Big "大"对应"高"。

为了加深对Endianness的理解，让我们来看下面的C程序例子：

char a = 1;
char b = 2;		地址偏移量	内存映像
short c = 255;	/* 0x00ff */	0x0000:	01 02 FF 00
long d = 0x44332211;		0x0004:	11 22 33 44

在右侧我们可以见到在基于Intel 80x86的系统上的内存映像，显然我们可以马上判定这一系统是Little Endian的。对于16位的整形数(short)c，我们先见到其低位的0xff，下一个才是0x00。同样对于32位长整形数(long)d，在最低的地址0x0004存的是最低位字节0x11。如果是在Big Endian的计算机中，则地址偏移量从0x0000到0x0007的整个内存映像将为：01 02 00 FF 44 33 22 11。

所有计算机处理器都必须在这两种Endian间作出选择。但某些处理器(如MIPS和IA-64)支持两种模式，可由编程者通过软件或硬件设置一种Endian。以下是一个处理器类型与对应的Endian的简表：

纯Big Endian: Sun SPARC, Motorola 68000， Java Virtual Machine Bi-Endian, 运行Big Endian模式: MIPS运行IRIX, PA-RISC，大多数 Power和 PowerPC系统 Bi-Endian, 运行Little Endian模式: MIPS  运行Ultrix，大多数DEC Alpha, IA-64运行Linux Little Endian: Intel x86， AMD64，DEC VAX

如何在程序中检测本系统的Endianess？可调用下面的函数来快速验证，如果返回值为1，则为Little Endian；为0则是Big Endian：

int testendian() {
    int x = 1;
    return *((char *)&x);
}

Endianness对于网络通信也很重要。试想当Little Endian系统与Big Endian的系统通信时，如果不做适当处理，接收方与发送方对数据的解释将完全不一样。比如对以上C程序段中的变量d，Little Endian发送方发出11 22 33 44四个字节，Big Endian接收方将其转换为数值0x11223344。这与原始的数值大相径庭。为了解决这个问题，TCP/IP协议规定了专门的"网络字节次序"，即无论计算机系统支持何种Endian，在传输数据时，总是数值最高位的字节最先发送。从定义可以看出，网络字节次序其实是对应Big Endian的。

为了避免因为Endianness造成的通信问题，及便于软件开发者编写易于平台移植的程序，特别定义了一些C语言预处理的宏来实现网络字节与主机字节次序之间的相互转换。htons()和htonl()用来将主机字节次序转成网络字节次序，前者应用于16位无符号数，后者应用于32位无符号数。ntohs()和ntohl()实现反方向的转换。这四个宏的原型定义可参考如下(Linux系统中可在netinet/in.h文件里找到)：

#if defined(BIG_ENDIAN) && !defined(LITTLE_ENDIAN)

#define htons(A)  (A)
#define htonl(A)  (A)
#define ntohs(A)  (A)
#define ntohl(A)  (A)

#elif defined(LITTLE_ENDIAN) && !defined(BIG_ENDIAN)

#define htons(A)  ((((uint16)(A) & 0xff00) >> 8) | /
                   (((uint16)(A) & 0x00ff) << 8))
#define htonl(A)  ((((uint32)(A) & 0xff000000) >> 24) | /
                   (((uint32)(A) & 0x00ff0000) >> 8)  | /
                   (((uint32)(A) & 0x0000ff00) << 8)  | /
                   (((uint32)(A) & 0x000000ff) << 24))
#define ntohs     htons
#define ntohl     htohl

#else

#error "Either BIG_ENDIAN or LITTLE_ENDIAN must be #defined, but not both."

#endif