大端小端 -- 各系统及机器的信息表示

网络编程必备的知识点：大端和小端



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):

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):

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 <stdio.h>
#include <assert.h>

void main( void )
{
        short test;
         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);
}

    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:
#define ntohs(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
#define htons(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
#define ntohl(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 long
#define htonl(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 long

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

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 <stdio.h>
#include <assert.h>

#define sw16(x) "
     ((short)( "
         (((short)(x) & (short)0x00ffU) << | "
         (((short)(x) & (short)0xff00U) >> ))

// 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 )
{
        short test;
         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unsigned char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.

【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()

【打印程序对象的字节表示】
// 可在不同平台与硬件架构的机器中测试运行这段代码,理解大端表示和小端表示的不同.
// 这段代码使用强制类型转换规避类型系统
#incluede <stdio.h>

// 假设每个字节都是非负整数
typedef unsigned char *byte_pointer;

void show_bytes(byte_pointer start, int len)
{
for(int i = 0; i < len; i++)
   printf(" %.2x", start[i]);
printf("\n");
}

void show_int(int x)
{
show_bytes((byte_pointer) &x, sizeof(int));
}

void show_float(float x)
{
show_bytes((byte_pointer) &x, sizeof(float));
}

// 在使用相同编码(如ASCII编码)的系统中,字符串字节表示得到的结果一般是相同的.所以文本数据比二进制数据具有更强的平台无关性
void show_string(char *x)
{
show_bytes((byte_pointer) x, strlen(x));
}

void show_pointer(void *x)
{
show_bytes((byte_pointer) &x, sizeof(void *));
}

void test_show_bytes(int val)
{
int ival = val;
float fval = (float)ival;
int *pval = &ival;

show_int(ival); // 各个机器因为大端表示和小端表示的不同,从而只是字节顺序不同
show_float(fval); // 各个机器因为大端表示和小端表示的不同,从而只是字节顺序不同
show_pointer(pval); // 指针值是与机器相关的(linux,sun使用4字节地址, 而alpha使用八字节地址)
}

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对于如数值12345在int型和float型时的编码表示