网络字节书序

网络编程，字节序肯定是需要牢记的一个知识点了。

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   0x23       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

2.

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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