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2014-08-21 12:08:00

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
    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
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。


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