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傷心莫哭 2011-02-10

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因?yàn)楝F(xiàn)行的計(jì)算機(jī)都是以八位一個(gè)字節(jié)為存儲(chǔ)單位,那么一個(gè)16位的整數(shù),也就是C語(yǔ)言中的short,在內(nèi)存中可能有兩種存儲(chǔ)順序big-

endian和litte-endian.考慮一個(gè)short整數(shù)0x3132(0x32是低位,0x31是高位),把它賦值給一個(gè)short變量,那么它在內(nèi)存中的存儲(chǔ)可

能有如下兩種情況:
大端字節(jié)(Big-endian):

short變量地址
       0x1000                  0x1001
___________________________________
|                 |
|         0x31    |       0x32
|________________ | ________________
高位字節(jié)在低位字節(jié)的前面,也就是高位在內(nèi)存地址低的一端.可以這樣記住(大端->高位->在前->正常的邏輯順序)

小端字節(jié)(little-endian):

short變量地址
       0x1000                  0x1001
_____________________________________
|                 |
|         0x32    |       0x31
|________________ | __________________
低位字節(jié)在高位字節(jié)的前面,也就是低位在內(nèi)存地址低的一端.可以這樣記住(小端->低位->在前->與正常邏輯順序相反)

可以做個(gè)實(shí)驗(yàn)
在windows上下如下程序

#include <stdio.h>
#include <assert.h>

void main( void )
{
        short test;
        FILE* fp;

        test = 0x3132;  //(31ASIIC碼的’1’,32ASIIC碼的’2’)
        if ((fp = fopen ("c:""test.txt", "wb")) == NULL)
              assert(0);
        fwrite(&test, sizeof(short), 1, fp);
        fclose(fp);
}

然后在C盤下打開(kāi)test.txt文件,可以看見(jiàn)內(nèi)容是21,而test等于0x3132,可以明顯的看出來(lái)x86的字節(jié)順序是低位在前.如果我們
把這段同樣的代碼放到(big-endian)的機(jī)器上執(zhí)行,那么打出來(lái)的文件就是12.這在本機(jī)中使用是沒(méi)有問(wèn)題的.但當(dāng)你把這個(gè)文件從一
個(gè)big- endian機(jī)器復(fù)制到一個(gè)little-endian機(jī)器上時(shí)就出現(xiàn)問(wèn)題了.

如上述例子,我們?cè)赽ig-endian的機(jī)器上創(chuàng)建了這個(gè)test文件,把其復(fù)制到little-endian的機(jī)器上再用fread讀到一個(gè) short里
面,我們得到的就不再是0x3132而是0x3231了,這樣讀到的數(shù)據(jù)就是錯(cuò)誤的,所以在兩個(gè)字節(jié)順序不一樣的機(jī)器上傳輸數(shù)據(jù)時(shí)需要特別
小心字節(jié)順序,理解了字節(jié)順序在可以幫助我們寫出移植行更高的代碼.

正因?yàn)橛凶止?jié)順序的差別,所以在網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)臅r(shí)候定義了所有字節(jié)順序相關(guān)的數(shù)據(jù)都使用big-endian,BSD的代碼中定義了四個(gè)宏來(lái)處
理:

#define ntohs(n)     //網(wǎng)絡(luò)字節(jié)順序到主機(jī)字節(jié)順序 n代表net, h代表host, s代表short
#define htons(n)     //主機(jī)字節(jié)順序到網(wǎng)絡(luò)字節(jié)順序 n代表net, h代表host, s代表short
#define ntohl(n)      //網(wǎng)絡(luò)字節(jié)順序到主機(jī)字節(jié)順序 n代表net, h代表host, s代表 long
#define htonl(n)      //主機(jī)字節(jié)順序到網(wǎng)絡(luò)字節(jié)順序 n代表net, h代表host, s代表 long

舉例說(shuō)明下這其中一個(gè)宏的實(shí)現(xiàn):

#define sw16(x) "
    ((short)( "
        (((short)(x) & (short)0x00ffU) << 8) | "
        (((short)(x) & (short)0xff00U) >> 8) ))

這里實(shí)現(xiàn)的是一個(gè)交換兩個(gè)字節(jié)順序.其他幾個(gè)宏類似.

我們改寫一下上面的程序

#include <stdio.h>
#include <assert.h>

#define sw16(x) "
    ((short)( "
        (((short)(x) & (short)0x00ffU) << 8) | "
        (((short)(x) & (short)0xff00U) >> 8) ))

// 因?yàn)閤86下面是低位在前,需要交換一下變成網(wǎng)絡(luò)字節(jié)順序
#define htons(x) sw16(x)

void main( void )
{
        short test;
        FILE* fp;

        test = htons(0x3132); //(31ASIIC碼的’1’,32ASIIC碼的’2’)
        if ((fp = fopen ("c:""test.txt", "wb")) == NULL)
              assert(0);
        fwrite(&test, sizeof(short), 1, fp);
        fclose(fp);
}

如果在高字節(jié)在前的機(jī)器上,由于與網(wǎng)絡(luò)字節(jié)順序一致,所以我們什么都不干就可以了,只需要把#define htons(x) sw16(x)宏替

換為 #define htons(x) (x).
一開(kāi)始我在理解這個(gè)問(wèn)題時(shí),總在想為什么其他數(shù)據(jù)不用交換字節(jié)順序?比如說(shuō)我們write一塊buffer到文件,最后終于想明白了,

因?yàn)槎际莡nsigned char類型一個(gè)字節(jié)一個(gè)字節(jié)的寫進(jìn)去,這個(gè)順序是固定的,不存在字節(jié)順序的問(wèn)題.

【用函數(shù)判斷系統(tǒng)是Big Endian還是Little Endian】

bool IsBig_Endian()
//如果字節(jié)序?yàn)閎ig-endian，返回true;
//反之為   little-endian，返回false
{
    unsigned short test = 0x1122;
    if(*( (unsigned char*) &test ) == 0x11)
       return TRUE;
else
    return FALSE;

}//IsBig_Endian()

【打印程序?qū)ο蟮淖止?jié)表示】

// 可在不同平臺(tái)與硬件架構(gòu)的機(jī)器中測(cè)試運(yùn)行這段代碼,理解大端表示和小端表示的不同.
// 這段代碼使用強(qiáng)制類型轉(zhuǎn)換規(guī)避類型系統(tǒng)
#incluede <stdio.h>

// 假設(shè)每個(gè)字節(jié)都是非負(fù)整數(shù)
typedef unsigned char *byte_pointer;

void show_bytes(byte_pointer start, int len)
{
for(int i = 0; i < len; i++)
printf(" %.2x", start[i]);
printf("\n");
}

void show_int(int x)
{
show_bytes((byte_pointer) &x, sizeof(int));
}

void show_float(float x)
{
show_bytes((byte_pointer) &x, sizeof(float));
}

// 在使用相同編碼(如ASCII編碼)的系統(tǒng)中,字符串字節(jié)表示得到的結(jié)果一般是相同的.所以文本數(shù)據(jù)比二進(jìn)制數(shù)據(jù)具有更強(qiáng)的平臺(tái)無(wú)關(guān)性
void show_string(char *x)
{
show_bytes((byte_pointer) x, strlen(x));
}

void show_pointer(void *x)
{
show_bytes((byte_pointer) &x, sizeof(void *));
}

void test_show_bytes(int val)
{
int ival = val;
float fval = (float)ival;
int *pval = &ival;

show_int(ival); // 各個(gè)機(jī)器因?yàn)榇蠖吮硎竞托《吮硎镜牟煌?從而只是字節(jié)順序不同
show_float(fval); // 各個(gè)機(jī)器因?yàn)榇蠖吮硎竞托《吮硎镜牟煌?從而只是字節(jié)順序不同
show_pointer(pval); // 指針值是與機(jī)器相關(guān)的(linux,sun使用4字節(jié)地址, 而alpha使用八字節(jié)地址)
}

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