大端模式与小端模式、网络字节顺序与主机字节顺序
2014-08-05 09:31
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http://wxxweb.blog.163.com/blog/static/135126900201022133740759/ http://blog.chinaunix.net/uid-790245-id-2037563.html 大端模式与小端模式 一、概念及详解 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-endian和little-endian, 即大端模式和小端模式。 先回顾两个关键词,MSB和LSB: MSB:Most Significant Bit ------- 最高有效位 LSB:Least Significant Bit ------- 最低有效位 大端模式(big-edian) big-endian:MSB存放在最低端的地址上。 举例,双字节数0x1234以big-endian的方式存在起始地址0x00002000中: | data |<-- address | 0x12 |<-- 0x00002000 | 0x34 |<-- 0x00002001 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 ------MSB----------------------------------LSB val | 1 0 0 0 1 0 1 1 | 1 0 0 0 1 0 1 0 | +--------------------------------------------+ = 0x8 B 8 A 小端模式(little-endian) little-endian:LSB存放在最低端的地址上。 举例,双字节数0x1234以little-endian的方式存在起始地址0x00002000中: | data |<-- address | 0x34 |<-- 0x00002000 | 0x12 |<-- 0x00002001 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 ------MSB-----------------------------------LSB val | 1 0 0 0 1 0 1 1 | 1 0 0 0 1 0 1 0 | +---------------------------------------------+ = 0x8 B 8 A 二、数组在大端小端情况下的存储: 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: 高地址 --------------- buf[3] (0x78) -- 低位 buf[2] (0x56) buf[1] (0x34) buf[0] (0x12) -- 高位 --------------- 低地址 Little-Endian: 低地址存放低位,如下: 高地址 --------------- buf[3] (0x12) -- 高位 buf[2] (0x34) buf[1] (0x56) buf[0] (0x78) -- 低位 -------------- 低地址 三、大端小端转换方法: Big-Endian转换成Little-Endian如下: #define BigtoLittle16(A) ((((uint16)(A) & 0xff00) >> 8) | \ (((uint16)(A) & 0x00ff) << 8)) #define BigtoLittle32(A) ((((uint32)(A) & 0xff000000) >> 24) | \ (((uint32)(A) & 0x00ff0000) >> 8) | \ (((uint32)(A) & 0x0000ff00) << 8) | \ (((uint32)(A) & 0x000000ff) << 24)) 四、大端小端检测方法: 如何检查处理器是big-endian还是little-endian? 联合体union的存放顺序是所有成员都从低地址开始存放,利用该特性就可以 轻松地获得了CPU对内存采用 Little-endian还是Big-endian模式读写。 int checkCPUendian() { union { unsigned int a; unsigned char b; }c; c.a = 1; return (c.b == 1); } /*return 1 : little-endian, return 0:big-endian*/ 网络字节顺序 1、字节内的比特位不受这种顺序的影响 比如一个字节 1000 0000 (或表示为十六进制 80H)不管是什么顺序其内存中的 表示法都是这样。 2、大于1个字节的数据类型才有字节顺序问题 比如 Byte A,这个变量只有一个字节的长度,所以根据上一条没有字节顺序问题。 所以字节顺序是“字节之间的相对 顺序”的意思。 3、大于1个字节的数据类型的字节顺序有两种 比如 short B,这是一个两字节的数据类型,这时就有字节之间的相对顺序问题了。 网络字节顺序是“所见即所得”的顺序。而Intel类型的CPU的字节顺序与此相反。 比如上面的 short B=0102H(十六进制,每两位表示一个字节的宽度)。所见到的 是“0102”,按一般数学常识,数轴 从左到右的方向增加,即内存地址从左到右增加的话,在内存中这个 short B的字节 顺序是:01 02 这就是网络字节顺序。所见到的顺序和在内存中的顺序是一致的! 而相反的字节顺序就不同了,其在内存中的顺序为:02 01 假设通过抓包得到网络数据的两个字节流为:01 02 如果这表示两个 Byte类型的变量,那么自然不需要考虑字节顺序的问题。 如果这表示一个 short 变量,那么就需要考虑字节顺序问题。根据网络字节顺序“所见 即所得”的规则,这个变量的值就是:0102 假设本地主机是Intel类型的,那么要表示这个变量,有点麻烦: 定义变量 short X, 字节流地址为:pt,按顺序读取内存是为 x=*((short*)pt); 那么X的内存顺序当然是 01 02 按非“所见即所得”的规则,这个内存顺序和看到的一样显然是不对的,所以要把这两 个字节的位置调换。调换的方法可以自己定义,但用已经有的API还是更为方便。 网络字节顺序与主机字节顺序 NBO与HBO 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设计有关计 算机数据存储有两种字节优先顺序:高位字节优先和低位字节优先。Internet上数据 以高位字节优先顺序在网络上传输,所以对于在内部是以低位字节优先方式存储数 据的机器,在Internet上传输数据时就需要进行转换。 htonl() 简述: 将主机的无符号长整形数转换成网络字节顺序。 #include <winsock.h> 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 <winsock.h> 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NULL。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。 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 0x34 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. 注: 1、网络与主机字节转换函数:htons ntohs htonl ntohl (s 就是short l是long h是host n是network) 2、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 3.字节顺序是指占内存多于一个字节类型的数据在内存中的存放顺序,通常有小端、大端两种字节顺序。 小端字节序指低字节数据存放在内存低地址处,高字节数据存 放在内存高地址处;大端字节序是高字节数 据存放在低地址处,低字节数据存放在高地址处。基于X86平台的PC机是小端字节序的,而有的嵌入式平台 则是大端 字节序的。 因而对int、uint16、uint32等多于1字节类型的数据,在这些嵌入式平台上应该变 换其存储顺序。通常我们认为,在空中传输的字节的 顺序即网络字节序为标准顺序,考虑到与协议的一致以 及与同类其它平台产品的互通,在程序中发数据包时,将主机字节序转换为网络字节序,收数据包处将网络字 节序转换为主机字节序 |
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