字节序
字节序,又称端序,尾序(英語:Endianness)。在计算机科学领域中,字节序是指存放多字节数据的字节(byte)的顺序,典型的情况是整数在内存中的存放方式和网络传输的传输顺序。Endianness有时候也可以用指位序(bit)。
一般而言,字节序指示了一个UCS-2字符的哪个字节存储在低地址。如果LSByte在MSByte的前面,即LSB为低地址,则该字节序是小端序;反之则是大端序。在网络编程中,字节序是一个必须被考虑的因素,因为不同的处理器体系可能采用不同的字节序。在多平台的代码编程中,字节序可能会导致难以察觉的bug。
endian词源
“endian”一词来源于乔纳森·斯威夫特的小说格列佛游记。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”和“小端派”。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。”[1]
1980年,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]
基本的字节序
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(bit),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。
- 数据以8bit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16bit为单位:
地址增长方向 → | |||||
0x0A0B | 0x0C0D |
最高的16bit单元0x0A0B存储在低位。
小端序
小端序(英:little-endian)或稱小尾序。
- 数据以8bit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16bit为单位:
地址增长方向 → | |||||
0x0C0D | 0x0A0B |
最低的16bit单元0x0D0C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16bit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:
- 32bit在PDP-11的存储方式
地址增长方向 → | |||||
0x0B | 0x0A | 0x0D | 0x0C |
可以看作最高的16bit位和低位以大端序存储,但16bit内部以小端存储。
处理器体系
- x86,MOS Technology 6502,Z80,VAX,PDP-11等处理器为Little endian。
- Motorola 6800,Motorola 68000,PowerPC 970,System/370,SPARC(除V9外)等处理器为Big endian
- ARM, PowerPC (除PowerPC 970外), DEC Alpha, SPARC V9, MIPS, PA-RISC and 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。
伯克利socket API定义了一组转换函数,用于16和32bit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
外部链接
- Endian的由来
- White Paper: Endianness or Where is Byte 0?(英文)
- Byte Ordering PPC(英文)
- The Layout of Data in Memory(英文)
- Writing endian-independent code in C(英文)
- How to convert an integer to little endian or big endian(英文)
- Understanding big and little endian byte order(英文)
- Mandatory reading: ON HOLY WARS AND A PLEA FOR PEACE(英文)