一、字节序定义
字节序，顾名思义字节的顺序，再多说两句就是大于一个字节类型的数据在内存中的存放顺序(一个字节的数据当然就无需谈顺序的问题了)。
其实大部分人在实际的开发中都很少会直接和字节序打交道。唯有在跨平台以及网络程序中字节序才是一个应该被考虑的问题。
在所有的介绍字节序的文章中都会提到字节序分为两类：Big-Endian和Little-Endian。引用标准的Big-Endian和Little-Endian的定义如下：
a) Little-Endian就是低位字节排放在内存的低地址端，高位字节排放在内存的高地址端。
b) Big-Endian就是高位字节排放在内存的低地址端，低位字节排放在内存的高地址端。
c) 网络字节序：4个字节的32 bit值以下面的次序传输：首先是0～7bit，其次8～15bit，然后16～23bit，最后是24~31bit。这种传输次序称作大端字节序。由于 TCP/IP首部中所有的二进制整数在网络中传输时都要求以这种次序，因此它又称作网络字节序。比如，以太网头部中2字节的“以太网帧类型”，表示后面数据的类型。对于ARP请求或应答的以太网帧类型来说，在网络传输时，发送的顺序是0x08，0x06。在内存中的映象如下图所示：
栈底 （高地址）
---------------
0x06 -- 低位
0x08 -- 高位
---------------
栈顶 （低地址）
该字段的值为0x0806。按照大端方式存放在内存中。
二、高/低地址与高低字节
首先我们要知道我们C程序映像中内存的空间布局情况：在《C专家编程》中或者《Unix环境高级编程》中有关于内存空间布局情况的说明，大致如下图：
----------------------- 最高内存地址 0xffffffff
| 栈底
.
. 栈
.
栈顶
-----------------------
|
|
\|/
NULL (空洞)
/|\
|
|
-----------------------
堆
-----------------------
未初始化的数据
----------------(统称数据段)
初始化的数据
-----------------------
正文段(代码段)
----------------------- 最低内存地址 0x00000000
以上图为例如果我们在栈上分配一个unsigned char buf[4]，那么这个数组变量在栈上是如何布局的呢[注1]？看下图：
栈底 （高地址）
----------
buf[3]
buf[2]
buf[1]
buf[0]
----------
栈顶 （低地址）
现在我们弄清了高低地址，接着来弄清高/低字节，如果我们有一个32位无符号整型0x12345678(呵呵，恰好是把上面的那4个字节buf看成一个整型)，那么高位是什么，低位又是什么呢？其实很简单。在十进制中我们都说靠左边的是高位，靠右边的是低位，在其他进制也是如此。就拿0x12345678来说，从高位到低位的字节依次是0x12、0x34、0x56和0x78。
高低地址和高低字节都弄清了。我们再来回顾一下Big-Endian和Little-Endian的定义，并用图示说明两种字节序：
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，如下图：
栈底 （高地址）
---------------
buf[3] (0x78) -- 低位
buf[2] (0x56)
buf[1] (0x34)
buf[0] (0x12) -- 高位
---------------
栈顶 （低地址）
Little-Endian: 低地址存放低位，如下图：
栈底 （高地址）
---------------
buf[3] (0x12) -- 高位
buf[2] (0x34)
buf[1] (0x56)
buf[0] (0x78) -- 低位
---------------
栈顶 （低地址）
在现有的平台上Intel的X86采用的是Little-Endian，而像Sun的SPARC采用的就是Big-Endian。
三、例子
嵌入式系统开发者应该对Little-endian和Big-endian模式非常了解。采用Little-endian模式的CPU对操作数的存放方式是从低字节到高字节，而Big-endian模式对操作数的存放方式是从高字节到低字节。
例如，16bit宽的数0x1234在Little-endian模式CPU内存中的存放方式（假设从地址0x4000开始存放）为：
内存地址 存放内容
0x4001 0x12
0x4000 0x34
而在Big-endian模式CPU内存中的存放方式则为：
内存地址 存放内容
0x4001 0x34
0x4000 0x12
32bit宽的数0x12345678在Little-endian模式CPU内存中的存放方式（假设从地址0x4000开始存放）为：
内存地址 存放内容
0x4003 0x12
0x4002 0x34
0x4001 0x56
0x4000 0x78
而在Big-endian模式CPU内存中的存放方式则为：
内存地址 存放内容
0x4003 0x78
0x4002 0x56
0x4001 0x34
0x4000 0x12
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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
今天碰一个关于字节顺序的问题,虽然看起来很简单,但一直都没怎么完全明白这个东西,索性就找了下资料,把它弄清楚.
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 <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)<< 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 <stdio.h>
#include <assert.h>
#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 )
{
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#definehtons(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,够笨啊..
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1字节序
由于不同的计算机系统采用不同的字节序存储数据,同样一个4字节的32位整数,在内存中存储的方式就不同. 字节序分为小尾字节序(Little Endian)和大尾字节序(Big Endian), Intel处理器大多数使用小尾字节序, Motorola处理器大多数使用大尾(Big Endian)字节序;
小尾就是低位字节排放在内存的低端，高位字节排放在内存的高端。例如一个4字节的值为0x1234567的整数与高低字节对应关系:
01 23 45 67
Byte3 Byte2 Byte1 Byte0
高位字节--à---------à--------------à低位字节
将在内存中按照如下顺序排放：
内存地址序号 字节在内存中的地址 16进制值
0x03 Byte3 01
0x02 Byte2 23
0x01 Byte1 45
0x00 Byte0 67
大尾就是高位字节排放在内存的低端，低位字节排放在内存的高端。例如一个4字节的值为0x1234567的整数与高低字节对应关系:
01 23 45 67
Byte3 Byte2 Byte1 Byte0
高位字节--à---------à--------------à低位字节
将在内存中按照如下顺序排放：
内存地址序号 字节在内存中的地址 16进制值
0x03 Byte0 67
0x02 Byte1 45
0x01 Byte2 23
0x00 Byte3 01
2 网络字节序
TCP/IP各层协议将字节序定义为大尾，因此TCP/IP协议中使用的字节序通常称之为网络字节序。
3 字串在内存中的存储(intel系列)
字串和整数是相反的,是安字串的索引从低到高存储到内存中的;
char s[4] =“abc”;
a b c \0
s[0] s[1] s[2] s[3]
将在内存中按照如下顺序排放：
内存地址序号 16进制值 指针P的位置
0xbffeadf7 \0 p+3
0xbffeadf6 c p+2
0xbffeadf5 b p+1
0xbffeadf4 a p
int main(void)
{
char s[4] ="abc";
char *p = s;
printf("%02x, %02x, %02x, %02x\n", &s[0],&s[1], &s[2], &s[3]);
printf("%02x, %02x, %02x, %02x\n", p, p+1,p+2, p+3);
printf("%c, %c, %c,%c\n", s[0], s[1], s[2], s[3]);
return 0;
}
输出结果:
[netcool@HFINMSP2 demo]$ ./demo001
bffeadf4, bffeadf5, bffeadf6, bffeadf7
bffeadf4, bffeadf5, bffeadf6, bffeadf7
a, b, c,
4 整数数组在内存中的存储(intel系列)
同字串一样,但是数组里的每一个整数的存储是按照小尾字节序;
5 linux系统中的处理方法
网络字节序作为一个标准字节序，如果系统并没有提供相关的转换函数，我们可以通过以下4个宏实现本地字节序和网络字节序的相互转换：
htons():将16位无符号整数从本地字节序转换成网络字节序
htonl():将32位无符号整数从本地字节序转换成网络字节序
ntohs():将16位无符号整数从网络字节序转换成本地字节序
ntohl():将32位无符号整数从网络字节序转换成本地字节序
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