求索阁

在各种计算机体系结构中，对于字节、字等的存储机制有所不同，因而引发了计算机通信领域中一个很重要的问题，即通信双方交流的信息单元（比特、字节、字、双字等等）应该以什么样的顺序进行传送。如果不达成一致的规则，通信双方将无法进行正确的编/译码从而导致通信失败。目前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，下面Endian这个词的来源说起。

一、Endian词源

据Jargon File记载，endian这个词来源于Jonathan Swift在1726年写的讽刺小说 "Gulliver's Travels"（《格利佛游记》）。该小说在描述Gulliver畅游小人国时碰到了如下的一个场景。在小人国里的小人因为非常小（身高6英寸）所以总是碰到一些意想不到的问题。有一次因为对水煮蛋该从大的一端（Big-End）剥开还是小的一端（Little-End）剥开的争论而引发了一场战争，并形成了两支截然对立的队伍：支持从Big-End剥开的人Swift就称作Big-Endians而支持从Little-End剥开的人就称作Little-Endians……（后缀ian表明的就是支持某种观点的人:-）。Endian这个词由此而来。

1980年，Danny Cohen在其著名的论文"On Holy Wars and a Plea for Peace"中为了平息一场关于在消息中字节该以什么样的顺序进行传送的争论而引用了该词。该文中，Cohen非常形象贴切地把支持从一个消息序列的MSB开始传送的那伙人叫做Big-Endians，支持从LSB开始传送的相对应地叫做Little-Endians。此后Endian这个词便随着这篇论文而被广为采用。

二、什么是字节序

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) 主机字节序：遵循Little-Endian。
d) 网络字节序：TCP/IP各层协议将字节序定义为Big-Endian，因此TCP/IP协议中使用的字节序通常称之为网络字节序。所以当两台主机之间要通过TCP/IP协议进行通信的时候就需要调用相应的函数进行主机序 （Little-Endian）和网络序（Big-Endian）的转换。

三、 什么是高/低地址端

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？看下图：
栈底 （高地址）
----------
buf[3] 
buf[2]
buf[1]
buf[0]
----------
栈顶 （低地址）

四、 什么是高/低字节

现在我们弄清了高/低地址，接着考虑高/低字节。有些文章中称低位字节为最低有效位(LSB)，高位字节为最高有效位(MSB)。如果我们有一个32位无符号整型0x12345678，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/低地址端和高/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) -- 最低有效位(LSB)
buf[2] (0x56)
buf[1] (0x34)
buf[0] (0x12) -- 最高有效位(MSB)
---------------
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) -- 最低有效位(LSB)
buf[2] (0x34)
buf[1] (0x56)
buf[0] (0x78) -- 最高有效位(MSB)
--------------
栈 顶 （低地址）

五、Big-Endian和Little-Endian优缺点

Big-Endian优点：靠首先提取高位字节，你总是可以由看看在偏移位置为0的字节来确定这个数字是 正数还是负数。你不必知道这个数值有多长，或者你也不必过一些字节来看这个数值是否含有符号位。这个数值是以它们被打印出来的顺序存放的，所以从二进制到十进制的函数特别有效。因而，对于不同要求的机器，在设计存取方式时就会不同。

Little-Endian优点：提取一个，两个，四个或者更长字节数据的汇编指令以与其他所有格式相同的方式进行：首先在偏移地址为0的地方提取最低位的字节，因为地址偏移和字节数是一对 一的关系，多重精度的数学函数就相对地容易写了。

如 果你增加数字的值，你可能在左边增加数字（高位非指数函数需要更多的数字）。 因此， 经常需要增加两位数字并移动存储器里所有Big-endian顺序的数字，把所有数向右移，这会增加计算机的工作量。不过，使用Little- Endian的存储器中不重要的字节可以存在它原来的位置，新的数可以存在它的右边的高位地址里。这就意味着计算机中的某些计算可以变得更加简单和快速。

六、如何检查处理器是Big-Endian还是Little-Endian?

由于联合体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。例如：

const int endian = 1; 

1. #define isLittleEndian ((*((char*)&endian))==1)
2. #define isBigEndian ((*((char*)&endian))==0)

int checkCPUEndian(){ 

1. union { 
2. unsigned int a; 
3. unsigned char b;             
4. }c; 
5. c.a = 1; 
6. return (c.b == 1);       
7. }   /*return 1 : little-endian, return 0:big-endian*/

七、Big-Endian和Little-Endian转换

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。那么在跨平台或网络程序中如何实现字节序的转换呢？这个通过C语言的移位操作很容易实现，例如下面的宏：

#if defined(BIG_ENDIAN) && !defined(LITTLE_ENDIAN)

1. #define ntohs(A)   (A)             // 网络字节序unsigned short类型转换成主机字节序unsigned short类型
2. #define ntohl(A)     (A)           // 网络字节序unsigned int  类型转换成主机字节序unsigned int  类型
3. #define htons(A)   (A)             // 主机字节序unsigned short类型转换成网络字节序unsigned short类型
4. #define htonl(A)    (A)            // 主机字节序unsigned int  类型转换成网络字节序unsigned short类型
5. #elif defined(LITTLE_ENDIAN) && !defined(BIG_ENDIAN)
6. #define ntohs(A)     ((((uint16)(A) & 0xff00) >> 8) | \
7. (((uint16)(A) & 0x00ff) << 8)) 
8. #define ntohl(A)     ((((uint32)(A) & 0xff000000) >> 24) | \
9. (((uint32)(A) & 0x00ff0000) >> 8) | \ 
10. (((uint32)(A) & 0x0000ff00) << 8) | \ 
11. (((uint32)(A) & 0x000000ff) << 24)) 
12. #define htons ntohs
13. #define htonl ntohl
14. #else
15. #error "Either BIG_ENDIAN or LITTLE_ENDIAN must be #defined, but not both."