[C语言]大小端模式

big- endian和little-endian这两个术语来自JonathanSwift在十八世纪的嘲讽作品Gulliver’s Travels。Blefuscu帝国的国民被根据吃鸡蛋的方式划分为两个部分：一部分在吃鸡蛋的时候从鸡蛋的大端（bigend）开始，而另一部分则从 鸡蛋的小端（little end）开始。

x86的CPU使用的是LE（Windows中称为“主机字节序”）,而SocksAddr中使用的则是BE（就是“网络字节序”），所以在使用网络编程时需要使用htns,htnl,nths,nthl来倒字节序。

其实对汇编熟了就清楚了，惨，我的汇编很惨的

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

MSDN中关于LE和BE的解释
Byte Ordering Byte ordering Meaning
big-endian The most significant byte is on the left end of aword.
little-endian The most significant byte is on the right end of aword.
这里这个最重要的字节可以解释成值的最高位，如果换成是钱的话就是最值钱的那一位
比如我有1234元人民币，最值钱的是1000元，最不值钱的是4元，那么这个1就是最重要的字节

Big endian machine: It thinks thefirst byte it reads is the biggest.
Little endian machine: It thinks the first byte it reads is thelittlest.
举个例子，从内存地址0x0000开始有以下数据
0x0000    0x12
0x0001    0x34
0x0002    0xab
0x0003    0xcd
如果我们去读取一个地址为0x0000的四个字节变量，若字节序为big-endian，则读出
结果为0x1234abcd；若字节序位little-endian，则读出结果为0xcdab3412.
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.

因 为现行的计算机都是以八位一个字节为存储单位,那么一个16位的整数,也就是C语言中的short,在内存中可能有两种存储顺序big-endian和 litte-endian.考虑一个short整数0x3132(0x32是低位,0x31是高位),把它赋值给一个short变量,那么它在内存中的存 储可能有如下两种情况:

大端字节(Big-endian):

----------------->>>>>>>>内存地址增大方向

short变量地址

      0x1000                 0x1001

_____________________________
|                          |
|       0x31           |      0x32
|_____________|________________

高位字节在低位字节的前面,也就是高位在内存地址低的一端.可以这样记住(大端->高位->在前->正常的逻辑顺序)

小端字节(little-endian):

----------------->>>>>>>>内存地址增大方向

short变量地址

      0x1000                 0x1001

_____________________________
|                           |
|       0x32            |      0x31
|_____________ |________________
低位字节在高位字节的前面,也就是低位在内存地址低的一端.可以这样记住(小端->低位->在前->与正常逻辑顺序相反)

可以做个实验

在windows上下如下程序

#include

#include

void main( void )

{
       shorttest;
       FILE*fp;
       
       test =0x3132; //(31ASIIC码的’1’,32ASIIC码的’2’)

       if ((fp =fopen ("c:\\test.txt", "wb")) == NULL)

             assert(0);
      fwrite(&test, sizeof(short), 1, fp);
      fclose(fp);

}
/////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
在LINUX下程序
#include

int main()
{
         int a = 0x12345678;
         char *b = (char *)&a;
         printf("a = %x b = %x\n ",a,b[0]);
         return 0;
}
如果输出的结果是a = 0x12345678 b = 0x78 则说明你的机器是小端存放

///////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////

   然 后在C盘下打开test.txt文件,可以看见内容是21,而test等于0x3132,可以明显的看出来x86的字节顺序是低位在前.如果我们把这段同 样的代码放到(big-endian)的机器上执行,那么打出来的文件就是12.这在本机中使用是没有问题的.但当你把这个文件从一个big- endian机器复制到一个little-endian机器上时就出现问题了.

   如 上述例子,我们在big-endian的机器上创建了这个test文件,把其复制到little-endian的机器上再用fread读到一个short 里面,我们得到的就不再是0x3132而是0x3231了,这样读到的数据就是错误的,所以在两个字节顺序不一样的机器上传输数据时需要特别小心字节顺 序,理解了字节顺序在可以帮助我们写出移植行更高的代码.

正因为有字节顺序的差别,所以在网络传输的时候定义了所有字节顺序相关的数据都使用big-endian,BSD的代码中定义了四个宏来处理:

#definentohs(n)    //网络字节顺序到主机字节顺序 n代表net, h代表host, s代表short

#definehtons(n)    //主机字节顺序到网络字节顺序 n代表net, h代表host, s代表short

#definentohl(n)     //网络字节顺序到主机字节顺序 n代表net, h代表host, l代表 long

#definehtonl(n)     //主机字节顺序到网络字节顺序 n代表net, h代表host, l代表 long

举例说明下这其中一个宏的实现:
#define sw16(x) \
   ((short)(\
      (((short)(x) &(short)0x00ffU) << 8) |\
      (((short)(x) &(short)0xff00U) >> 8)))

这里实现的是一个交换两个字节顺序.其他几个宏类似.

我们改写一下上面的程序

#include

#include

#define sw16(x) \

   ((short)( \
       (((short)(x)& (short)0x00ffU) <<8) | \
       (((short)(x)& (short)0xff00U) >>8) ))

// 因为x86下面是低位在前,需要交换一下变成网络字节顺序

#define htons(x) sw16(x)

void main( void )

{
       shorttest;
       FILE*fp;

      
       test =htons(0x3132);//(31ASIIC码的’1’,32ASIIC码的’2’)
      if ((fp = fopen ("c:\\test.txt", "wb")) ==NULL)

             assert(0);
      fwrite(&test, sizeof(short), 1, fp);
      fclose(fp);

}

   如果在高字节在前的机器上,由于与网络字节顺序一致,所以我们什么都不干就可以了,只需要把#define htons(x)sw16(x)宏替换为 #define htons(x) (x).

   一开始我在理解这个问题时,总在想为什么其他数据不用交换字节顺序?比如说我们write一块buffer到文件,最后终于想明白了,因为都是unsignedchar类型一个字节一个字节的写进去,这个顺序是固定的,不存在字节顺序的问题。