大端模式與小端模式 網路位元組順序與主機位元組順序

2021-05-26 13:00:16 字數 4944 閱讀 2687

1. 大端模式與小端模式

1.1 概念及詳解

在各種體系的計算機中通常採用的位元組儲存機制主要有兩種: big-endian和little-endian,即大端模式和小端模式。

msb: most significant bit ------- 最高有效位

lsb:least significant bit ------- 最低有效位

1.1.1 大端模式(big-edian):msb存放在最低端的位址上。

舉例,假設雙位元組數0x1234以big-endian的方式存在起始位址0x00002000中:

| data |<-- address

| 0x12 |<-- 0x00002000

| 0x34 |<-- 0x00002001

在big-endian中,對於bit序列中的序號編排方式如下(以雙位元組數0x8b8a為例):

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

1.1.2 小端模式(little-endian):lsb存放在最低端的位址上。

舉例,雙位元組數0x1234以little-endian的方式存在起始位址0x00002000中:

| data |<-- address

| 0x34 |<-- 0x00002000

| 0x12 |<-- 0x00002001

在little-endian中,對於bit序列中的序號編排和big-endian剛好相反,其方式如下(仍以雙位元組數0x8b8a為例):

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

1.2 陣列在大端小端情況下的儲存

以 unsigned int value = 0x12345678 為例,分別看看在兩種位元組序下其儲存情況,我們可以用unsigned char buf[4]來表示value:

高位址---------------

buf[3] (0x78) -- 低位

buf[2] (0x56)

buf[1] (0x34)

buf[0] (0x12) -- 高位

---------------

低位址高位址

---------------

buf[3] (0x12) -- 高位

buf[2] (0x34)

buf[1] (0x56)

buf[0] (0x78) -- 低位

--------------

低位址1.3 大端小端轉換方法

big-endian轉換成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))

1.4 大端小端檢測方法

如何檢查處理器是big-endian還是little-endian?

聯合體union的存放順序是所有成員都從低位址開始存放,利用該特性就可以輕鬆地獲得了cpu對記憶體採用little-endian還是big-endian模式讀寫:

int

checkcpuendian()

un;c.a =1

;

return

(c.b ==1

);}

2. 網路位元組順序

2.1 概述

> 位元組內的位元位不受這種順序的影響

比如乙個位元組 1000 0000 (或表示為十六進製制 80h)不管是什麼順序其記憶體中的表示法都是這樣。

> 大於1個位元組的資料型別才有位元組順序問題

比如 byte a,這個變數只有乙個位元組的長度,所以根據上一條沒有位元組順序問題。所以位元組順序是「位元組之間的相對順序」的意思。

> 大於1個位元組的資料型別的位元組順序有兩種

比如 short b,這是乙個兩位元組的資料型別,這時就有位元組之間的相對順序問題了。

網路位元組順序是「所見即所得」的順序。而intel型別的cpu的位元組順序與此相反。

比如上面的 short b=0102h(十六進製制,每兩位表示乙個位元組的寬度)。所見到的是「0102」,按一般數學常識,數軸從左到右的方向增加,即記憶體位址從左到右增加的話,在記憶體中這個 short b的位元組順序是:

01 02

這就是網路位元組順序。所見到的順序和在記憶體中的順序是一致的!

而相反的位元組順序就不同了,其在記憶體中的順序為:02 01

假設通過抓包得到網路資料的兩個位元組流為:01 02

如果這表示兩個 byte型別的變數,那麼自然不需要考慮位元組順序的問題。

如果這表示乙個 short 變數,那麼就需要考慮位元組順序問題。根據網路位元組順序「所見即所得」的規則,這個變數的值就是:0102

假設本地主機是intel型別的,那麼要表示這個變數,有點麻煩:

1) 定義變數 short x,

2) 位元組流位址為:pt,按順序讀取記憶體是為  x = *( (short*)pt );

那麼 x 的記憶體順序當然是 01 02  (cheney注:這裡應該為 02 01 才對吧)

按非「所見即所得」的規則,這個記憶體順序和看到的一樣顯然是不對的,所以要把這兩個位元組的位置調換。

調換的方法可以自己定義,但用已經有的api還是更為方便。

2.2 網路位元組順序(nbo)與主機位元組順序(hbo)

網路位元組順序 nbo(network byte order):按從高到低的順序儲存,在網路上使用統一的網路位元組順序,可以避免相容性問題。

主機位元組順序(hbo,host byte order):不同的機器hbo不相同,與cpu設計有關計算機資料儲存有兩種位元組優先順序:高位位元組優先和低位位元組優先。

internet上資料以高位位元組優先順序在網路上傳輸,所以對於在內部是以低位位元組優先方式儲存資料的機器,在internet上傳輸資料時就需要進行轉換。

htonl()簡述:將主機的無符號長整形數轉換成網路位元組順序。

#include

<

winsock.h

>

u_long pascal far htonl( u_long hostlong);

hostlong:主機位元組順序表達的32位數。注釋:本函式將乙個32位數從主機位元組順序轉換成網路位元組順序。返回值:htonl()返回乙個網路位元組順序的值。

inet_ntoa()簡述:將網路位址轉換成「.」點隔的字串格式。

#include

<

winsock.h

>

char

far*

pascal far inet_ntoa(

struct

in_addr

in);

in:乙個表示internet主機位址的結構。注釋:本函式將乙個用in引數所表示的internet位址結構轉換成以「.」 間隔的諸如「a.b.c.d」的字串形式。

請注意inet_ntoa()返回的字串存放在windows套介面實現所分配的記憶體中。應用程式不應假設該記憶體是如何分配的。在同乙個執行緒的下乙個windows套介面呼叫前,資料將保證是有效。返回值:若無錯誤發生,inet_ntoa()返回乙個字元指標。否則的話,返回null。其中的資料應在下乙個windows套介面呼叫前複製出來。

2.3 結束語

網路中傳輸的資料有的和本地位元組儲存順序一致,而有的則截然不同,為了資料的一致性,就要把本地的資料轉換成網路上使用的格式,然後傳送出去,接收的時候也是一樣的,經過轉換然後才去使用這些資料,基本的庫函式中提供了這樣的可以進行位元組轉換的函式,如和 htons( ) htonl( ) ntohs( ) ntohl() 。這裡n表示network,h表示host。

htons(), htonl() 用於本地位元組向網路位元組轉換的場合,

同樣ntohs(), ntohl() 用於網路位元組向本地格式轉換的場合。

(s表示short,即對2位元組操作,l表示long即對4位元組操作)

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