big-endian/little-endian

一、引子
　　在各种计算机体系结构中，对于字节、字等的存储机制有所不同，因而引发了计算机通信领域中一个很重要的问题，即通信双方交流的信息单元（比特、字节、字、双字等等）应该以什么样的顺序进行传送。如果不达成一致的规则，通信双方
将无法进行正确的编/译码从而导致通信失败。目前在各种体系的计算机中通常采用的字节存储机制主要有两种：big-edian和little-endian。本文简要描述这两种存储机制的来历、特点和区别。
　　
　　为了叙述方便，下面先对本文中将要用到的两个术语做简单的定义。
　　1、MSB
　　MSB是Most Significant Bit/Byte的首字母缩写，通常译为最重要的位或者最重要的字节。它通常用来表明在一个bit序列（如一个byte是8个bit组成的一个序列）或者一个byte序列（如word是两个byte组成的一个序列）中对整个序列取值影
响最大的那个bit/byte。
　　2、LSB
　　LSB是Least Significant Bit/Byte的首字母缩写，通常译为最不重要的位或者最不重要的字节。它通常用来表明在一个bit序列（如一个byte是8个bit组成的一个序列）或者一个byte序列（如word是两个byte组成的一个序列）中对整个序列取值影响最小的那个bit/byte。

二、endian的由来
　　1、Definition
　　endian: The ordering of bytes in a multi-byte number.
定义：在计算机系统体系结构中用来描述在多字节数中各个字节的存储顺序。

　　2、Etymology
　　The term comes from Swift's "Gulliver's Travels" via the famous paper "On Holy Wars and a Plea for Peace" by Danny Cohen, USC/ISI IEN 137,1980-04-01.
　　The Lilliputians, being very small, had correspondingly small political problems. The Big-Endian and Little-Endian parties debated over whether soft-boiled eggs should be opened at the big end or the little end.[From:Free On-Line Dictionary Of Computing or Jargon File]
　　词源：据Jargon File记载，endian这个词来源于Jonathan Swift在1726年写的讽刺小说 "Gulliver's Travels"（《格利佛游记》）。该小说 在描述Gulliver畅游小人国时碰到了如下的一个场景。在小人国里的小人因为非常小（身高6英寸）所以总是碰到一些意想不到的问题。有一次因为对水煮蛋该从大的一端（Big-End）剥开还是小的一端（Little-End）剥开的争论而引发了一场战争，并形成了两支截然对立的队伍：支持从Big-End剥开的人Swift就称作Big-Endians而支持从Little-End剥开的人就称作Little-Endians……（后缀ian表明的就是支持某种观点的人:-）。Endian这个词由此而来。
　　
　　1980年，Danny Cohen在其著名的论文"On Holy Wars and a Plea for Peace"中为了平息一场关于在消息中字节该以什么样的顺序进行传送的争论而引用了该词。该文中，Cohen非常形象贴切地把支持从一个消息序列的MSB开始传送的那伙人叫做Big-Endians，支持从LSB开始传送的相对应地叫做Little-Endians。此后Endian这个词便随着这篇论文而被广为采用。

三、各种endian
　　1、big-endian
　　A computer architecture in which, within a given multi-byte numeric representation, the most significant byte has the lowest address (the word is stored "big-end-first").　　

　　Most processors, including the IBM 370 family, the PDP-10, the Motorola microprocessor families, and most of the various RISC designs current in mid-1993, are big-endian. [From: Free On-Line Dictionary Of Computing or Jargon File]
　　big-endian：计算机体系结构中一种描述多字节存储顺序的术语，在这种机制中最重要字节（MSB）存放在最低端的地址上。采用这种机制的处理器有IBM3700系列、PDP-10、Mortolora微处理器系列和绝大多数的RISC处理器。

+----------+
| 0x34 |<-- 0x00000021
+----------+
| 0x12 |<-- 0x00000020
+----------+
图1：双字节数0x1234以big-endian的方式存在起始地址0x00000020中

　　在Big-Endian中，对于bit序列中的序号编排方式如下（以双字节数0x8B8A为例）：
bit 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15
+----------------------------------------+
val | 1 0 0 0 1 0 1 1 | 1 0 0 0 1 0 1 0 |
+----------------------------------------+
^ 0x8B 0x8A ^
MSB LSB
图2：Big-Endian的bit序列编码方式

　　注1：通常在TCP/IP协议栈所说的网络序(Network Order)就是遵循Big-Endian规则。在TCP/IP网络通信中，通信双方把消息按照如图2的方式进行编码，然后按从MSB(Bit0)到LSB的顺序在网络上传送。

　　2、little-endian
　　 A computer architecture in which, within a given 16- or 32-bit word,bytes at lower addresses have lower significance (the
word is stored "little-end-first"). The PDP-11 and VAX families of computers and Intel microprocessors and a lot of communications and
networking hardware are little-endian.
　　The term is sometimes used to describe the ordering of units other than bytes; most often, bits within a byte. [From: Free On-Line Dictionary Of Computing or Jargon File]
　　little-endian：计算机体系结构中一种描述多字节存储顺序的术语，在这种机制中最不重要字节（LSB）存放在最低端的地址上。采用这种机制的处理器有PDP-11、VAX、Intel系列微处理器和一些网络通信设备。该术语除了描述多字节存储顺序外还常常用来描述一个字节中各个比特的排放次序。

+----------+
| 0x12 |<-- 0x00000021
+----------+
| 0x34 |<-- 0x00000020
+----------+
　　图3：双字节数0x1234以little-endian的方式存在起始地址0x00000020中

　　在Little-Endian中，对于bit序列中的序号编排和Big-Endian刚好相反，其方
式如下（以双字节数0x8B8A为例）：

bit 15 14 13 12 11 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0
+-----------------------------------------+
val | 1 0 0 0 1 0 1 1 | 1 0 0 0 1 0 1 0 |
+-----------------------------------------+
^ 0x8B 0x8A ^
MSB LSB
图4：Little-Endian的bit序列编码方式

　　注2：通常我们说的主机序（Host Order）就是遵循Little-Endian规则。所以当两台主机之间要通过TCP/IP协议进行通信的时候就需要调用相应的函数进行主机序（Little-Endian）和网络序（Big-Endian）的转换。
    注3：正因为这两种机制对于同一bit序列的序号编排方式恰恰相反，所以《现代英汉词典》中对MSB的翻译为“最高有效位”欠妥，故本文定义为“最重要的bit/byte”。

 

big-endian/little-endian简洁的描述

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 a word.
little-endian The most significant byte is on the right end of a word.
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 the first byte it reads is the biggest.
Little endian machine: It thinks the first byte it reads is the littlest.
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