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字节序

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端序(英語:Endianness),又稱字节顺序,又稱尾序,在计算机科学领域中,指電腦記憶體中或在数字通信链路中,组成多字节的字字节的排列顺序。

在几乎所有的机器上,多字节对象都被存储为连续的字节序列。例如在C语言中,一个类型为int的变量x地址为0x100,那么其对应地址表达式&x的值为0x100。且x的四个字节将被存储在電腦記憶體0x100, 0x101, 0x102, 0x103位置。[1]

字节的排列方式有两个通用规则。例如,将一个多位数的低位放在较小的地址处,高位放在较大的地址处,则称小端序;反之则称大端序。在网络应用中,字节序是一个必须被考虑的因素,因为不同机器类型可能采用不同标准的字节序,所以均按照网络标准转化。

例如假设上述变量x类型为int,位于地址0x100处,它的值为0x01234567,地址范围为0x100~0x103字节,其内部排列顺序依赖于机器的类型。大端法从首位开始将是:0x100: 0x01, 0x101: 0x23, 0x102: 0x45, 0x103: 0x67。而小端法将是:0x100: 0x67, 0x101: 0x45, 0x102: 0x23, 0x103: 0x01

端(endian)的起源

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endian”一词来源于十八世紀愛爾蘭作家乔纳森·斯威夫特(Jonathan Swift)的小说《格列佛游记》(Gulliver's Travels)。小说中,小人国为水煮蛋该从大的一端(Big-End)剥开还是小的一端(Little-End)剥开而争论,争论的双方分别被称为“大端派(Big-Endians)”和“小端派(Little-Endians)”。以下是1726年关于大小端之争历史的描述:

1980年,丹尼·科恩(Danny Cohen),一位网络协议的早期开发者,在其著名的论文"On Holy Wars and a Plea for Peace"中,为平息一场关于字节该以什么样的顺序传送的争论,而第一次引用了该词。[2]

字节顺序

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在哪种字节顺序更合适的问题上,人们表现得非常情绪化,实际上,就像鸡蛋的问题一样,没有技术上的原因来选择字节顺序规则,因此,争论沦为关于社会政治问题的争论,只要选择了一种规则并且始终如一地坚持,其实对于哪种字节排序的选择是任意的。

对于单一的字节(a byte),大部分处理器以相同的顺序处理位元,因此单字节的存放方法和传输方式一般相同。

对于多字节数据,如整数(32位机中一般占4字节),在不同的处理器的存放方式主要有两种,以内存中0x0A0B0C0D的存放方式为例,分别有以下几种方式:

注: 0x前缀代表十六进制。

大端序

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大端序(英:big-endian)或稱大尾序

  • 数据以8位元为单位:
地址增长方向  →
... 0x0A 0x0B 0x0C 0x0D ...

示例中,最高位字节是0x0A 存储在最低的内存地址处。下一个字节0x0B存在后面的地址处。正类似于十六进制字节从左到右的阅读顺序。

  • 数据以16位元为单位:
地址增长方向  →
... 0x0A0B 0x0C0D ...

最高的16位元单元0x0A0B存储在低位。

小端序

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小端序(英:little-endian)或稱小尾序

  • 数据以8位元为单位:
地址增长方向  →
... 0x0D 0x0C 0x0B 0x0A ...

最低位字节是0x0D 存储在最低的内存地址处。后面字节依次存在后面的地址处。

  • 数据以16位元为单位:
地址增长方向  →
... 0x0C0D 0x0A0B ...

最低的16位元单元0x0C0D存储在低位。

  • 更改地址的增长方向:

当更改地址的增长方向,使之由右至左时,表格更具有可阅读性。

←  地址增长方向
... 0x0A 0x0B 0x0C 0x0D ...

最低有效位(LSB)是0x0D 存储在最低的内存地址处。后面字节依次存在后面的地址处。

←  地址增长方向
... 0x0A0B 0x0C0D ...

最低的16位元单元0x0C0D存储在低位。

混合序

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混合序(英:middle-endian)具有更复杂的顺序。以PDP-11为例,0x0A0B0C0D被存储为:

  • 32位元在PDP-11的存储方式
地址增长方向  →
... 0x0B 0x0A 0x0D 0x0C ...

可以看作高16位元和低16位元以大端序存储,但16位元内部以小端存储。

处理器体系

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网络序

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网络传输一般采用大端序,也被称之为网络字节序,或网络序IP协议中定义大端序为网络字节序。

Berkeley套接字定义了一组转换函数,用于16和32位元整数在网络序和本机字节序之间的转换。htonl,htons用于本机序转换到网络序;ntohl,ntohs用于网络序转换到本机序。

位序

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一般用于描述串行设备的传输顺序。网络协议中只有数据链路层的底端会涉及到。

小端序(先传低位)的串行协议

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大端序(先传高位)的串行协议

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参见

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参考資料

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  1. ^ 《深入理解计算机系统》 第2章 信息的表示和处理 P26.
  2. ^ 《深入理解计算机系统》 第2章 信息的表示和处理 P27.

外部链接

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