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,组成多字节的字的字节的排列顺序。
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的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
“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:
“ | 我下面要告诉你的是,Lilliput和Blefuscu这两大强国在过去36个月里一直在苦战。战争开始是由于以下的原因:我们大家都认为,吃鸡蛋前,原始的方法是打破鸡蛋较大的一端,可是当今皇帝的祖父小时候吃鸡蛋,一次按古法打鸡蛋时碰巧将一个手指弄破了。因此他的父亲,当时的皇帝,就下了一道敕令,命令全体臣民吃鸡蛋时打破鸡蛋较小的一端,违令者重罚。老百姓们对这项命令极其反感。历史告诉我们,由此曾经发生过6次叛乱,其中一个皇帝送了命,另一个丢了王位。这些叛乱大多都是由Blefuscu的国王大臣们煽动起来的。叛乱平息后,流亡的人总是逃到那个帝国去寻求避难。据估计,先后几次有11000人情愿受死也不肯去打破鸡蛋较小的一端。关于这一争端,曾出版过几百本大部著作,不过大端派的书一直是受禁的,法律也规定该派任何人不得做官。” | ” |
——《格列夫游记》 第一卷第4章 蒋剑锋(译) |
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
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
大端序(英:big-endian)或稱大尾序。
![](http://images.weserv.nl/?url=//upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/5/54/Big-Endian.svg/280px-Big-Endian.svg.png)
- 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
小端序(英:little-endian)或稱小尾序。
![](http://images.weserv.nl/?url=//upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/e/ed/Little-Endian.svg/280px-Little-Endian.svg.png)
- 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
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
- x86、MOS Technology 6502、Z80、VAX、PDP-11、RISC-V等处理器为小端序;
- Motorola 6800、Motorola 68000、PowerPC 970、System/370、SPARC(除V9外)等处理器为大端序;
- ARM、PowerPC(除PowerPC 970外)、DEC Alpha、SPARC V9、MIPS、PA-RISC及IA64的字节序是可配置的。
网络序
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
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
大端序(先传高位)的串行协议
参见
参考資料
外部链接
- Endian的由来 (页面存档备份,存于互联网档案馆)
- White Paper: Endianness or Where is Byte 0?(页面存档备份,存于互联网档案馆)(英文)
- Byte Ordering PPC (页面存档备份,存于互联网档案馆)(英文)
- The Layout of Data in Memory(英文)
- Writing endian-independent code in C (页面存档备份,存于互联网档案馆)(英文)
- How to convert an integer to little endian or big endian (页面存档备份,存于互联网档案馆)(英文)
- Understanding big and little endian byte order(页面存档备份,存于互联网档案馆)(英文)
- Mandatory reading: ON HOLY WARS AND A PLEA FOR PEACE(英文)