大小端模式

大小端不是由系统决定的，而是由底层硬件决定的。

大小端问题主要涉及的是非单字节非字符串外的其余数据的表示和传递，如short型、int型等。大端和小端有其各自的优势。我们知道计算机正常的内存增 长方式是从低到高(当然栈不是)，取数据方式是从基址根据偏移找到他们的位置，从他们的存储方式可以看出，大端存储因为第一个字节就是高位，从而很容易知 道它是正数还是负数，对于一些数值判断会很迅速。而小端存储 第一个字节是它的低位，符号位在最后一个字节，这样在做数值四则运算时从低位每次取出相应字节运算，最后直到高位，并且最终把符号位刷新，这样的运算方式 会更高效。

short 或者 long的数据在进行通信的时候最好养成：
1、发送的时候使用：htons（l）
2、接受的时候使用：ntohs（l）
而不要理会两边的通信是否需要这么做~~
当然了一般我都不用int型的数据通信，从来都是字符串通信，发送方利用sprintf组织，接收方利用atoi进行转换~~

 

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，下面先 从字节序说起。
一、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) 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。

1.1 什么是高/低地址端
首先我们要知道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
由图可以看出，再内存分布中，栈是向下增长的，而堆是向上增长的。
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）

1.2 什么是高/低字节
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) -- 低位
buf[2] (0x56)
buf[1] (0x34)
buf[0] (0x12) -- 高位
---------------
栈顶 （低地址)

二、各种Endian
2.1 Big-Endian
计算机体系结构中一种描述多字节存储顺序的术语，在这种机制中最重要字节（MSB）存放在最低端的地址 上。采用这种机制的处理器有IBM3700系列、PDP-10、Mortolora微处理器系列和绝大多数的RISC处理器。
2.2 Little-Endian
计算机体系结构中 一种描述多字节存储顺序的术语，在这种机制中最不重要字节（LSB）存放在最低端的地址上。采用这种机制的处理器有PDP-11、VAX、Intel系列微处理器和一些网络通信设备。该术语除了描述多字节存储顺序外还常常用来描述一个字节中各个比特的排放次序。

注意：通常我们说的主机序（Host Order）就是遵循Little-Endian规则。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。
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。 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     0x4000     0x4001     0x4002     0x4003
                                          存放内容     0x78        0x56        0x34         0x12
而在Big- endian模式CPU内存中的存放方式则为：
                                          内存地址     0x4000     0x4001     0x4002     0x4003
                                          存放内容     0x12         0x34        0x56         0x78


三、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。
四、请写一个C函数，若处理器是Big_endian的，则返回0；若是Little_endian的，则返回1。

int checkCPU(void)  
{  
    union  
    {  
        int a;  
        char b;  
     }c;  
    c.a = 1;  
    return (c.b == 1);  
} 

剖析：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。

说明：
1  在c中，联合体（共用体）的数据成员都是从低地址开始存放。
2  若是小端模式，由低地址到高地址c.a存放为0x01 00 00 00，c.b被赋值为0x01；特别注意这都是按一个字节来的，也就是8位，而不是4位
。  
3  若是大端模式，由低地址到高地址c.a存放为0x00 00 00 01，c.b被赋值为0x0；
   
4  根据c.b的值的情况就可以判断cpu的模式了。

举例，一个16进制数是 0x11 22 33，其存放的位置是
地址0x3000 中存放11
地址0x3001 中存放22
地址0x3002 中存放33
连起来就写成地址0x3000-0x3002中存放了数据0x112233
而这种存放和表示方式，正好符合大端。
另外一个比较好理解的写法如下：

 

bool checkCPU()     // 如果是大端模式，返回真  
{  
     short int test = 0x1234;  
   
     if( *((char *)&test) == 0x12)     // 低地址存放高字节数据  
         return true;  
     else  
         return false;  
}     

 

或者下面两种写法也是可以的

 

int main(void)  
{  
     short int a = 0x1234;  
     char *p = (char *)&a;  
   
     if( *p == 0x34)  
         cout<<"Little endian"<<endl;  
     else  
         cout<<"Big endian"<<endl;  
   
     return 0;  
}  
   
int main(void)  
{  
     short int a = 0x1234;  
     char x0 , x1;  
   
     x0 = ((char *)&a)[0];  
     x1 = ((char *)&a)[1];  
   
     if( x0 == 0x34)  
         cout<<"Little endian"<<endl;  
     else  
         cout<<"Big endian"<<endl;  
   
     return 0;  
} 

网络字节序定义：收到的第一个字节被当作高位看待，这就要求发送端发送的第一个字节应当是高位。而在发送端发送数据时，发送的第一个字节是该数字在内存中起始地址对应的字节。可见多字节数值在发送前，在内存中数值应该以大端法存放。
网络字节序说是大端字节序。

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

（这四个API可以这样记，s表示short，l表示long，n表示network，h表示host）

另外：char类型是没有字节序的问题的，只有大于一个字节的数据类型才有字节序的问题。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。
比如我们经过网络发送0x12345678这个整形，在80X86平台中，它是以小端法存放的，在发送前需要使用系统提供的htonl将其转换成大端法存放，如图2所示。

分析结果，在80X86平台上，系统将多字节中的低位存储在变量起始地址，使用小端法。htonl将i_num转换成网络字节序，可见网络字节序是大端法。

总结点：80X86使用小端法，网络字节序使用大端法。

 

整数字节序转换

     整个过程从该值的MSB和LSB开始交换，直到交换至该值的中间点，唯一的难点在于,由于不能简单的把对象（结构型数据）转换为字节数组去用单一的通用 函数转换字节，所以需要知道哪些字节序需要转换，例如 把内存中的struc或class写入文件时，要正确的转换字节序，便需要知道其中每个数据成员的位置及大小，并基于每个成员的大小逐一进行适当的转换

//对应int32大小的成员 的转换 范例   
int32_t swapInt32(int32_t value)  
{  
      return ((value & 0x000000FF) << 24) |  
                ((value & 0x0000FF00) << 8) |  
                ((value & 0x00FF0000) >> 8) |  
                ((value & 0xFF000000) >> 24) ;  
}

一般说来，在通信软件中，考虑大小尾是一个非常正规且严谨的做法，我们不能假定所有的通信都在同一种体系结构下工作。
一般来说，除了intel 80x86系列处理器是小尾架构，绝大部分处理器均为大尾架构，如sparc系列/power系列/moto的68系列等。网络字节顺序也是大尾的。
在编解码时，尤其需要注意大小尾问题。在每处使用超过一个byte的地方，最好使用转换函数（hton*和ntoh*系列或自写均可）
所以，当你的通信软件要和其他机器上的通信软件（模块）通信时，凡是编解码等地方使用了超过1个字节的数据类型，都最好使用转换函数。在部分socket处理中，也需要加上转换函数（如ipaddr结构的填写等处），另外一部分本身已经包含相关处理，就可以不用加。

typedef unsigned short int uint16;
typedef unsigned long int uint32;
// 短整型大小端互换
#define BigLittleSwap16(A)  ((((uint16)(A) & 0xff00) >> 8) | 
 
                             (((uint16)(A) & 0x00ff) << 8))
 
 // 长整型大小端互换
#define BigLittleSwap32(A)  ((((uint32)(A) & 0xff000000) >> 24) | 

                             (((uint32)(A) & 0x00ff0000) >> 8) | 
 
                            (((uint32)(A) & 0x0000ff00) << 8) | 
 
                            (((uint32)(A) & 0x000000ff) << 24))
 
// 本机大端返回1，小端返回0
int checkCPUendian()
{
      union{
             unsigned long int i;
             unsigned char s[4];
       }c;
       c.i = 0x12345678;
       return (0x12 == c.s[0]); 
}
 // 模拟htonl函数，本机字节序转网络字节序
unsigned long int t_htonl(unsigned long int h) 
{
       // 若本机为大端，与网络字节序同，直接返回
       // 若本机为小端，转换成大端再返回
       return checkCPUendian() ? h : BigLittleSwap32(h);
}
 // 模拟ntohl函数，网络字节序转本机字节序
unsigned long int t_ntohl(unsigned long int n)
{
       // 若本机为大端，与网络字节序同，直接返回
       // 若本机为小端，网络数据转换成小端再返回
       return checkCPUendian() ? n : BigLittleSwap32(n);
}
 // 模拟htons函数，本机字节序转网络字节序
unsigned short int t_htons(unsigned short int h)
{
      // 若本机为大端，与网络字节序同，直接返回
      // 若本机为小端，转换成大端再返回
      return checkCPUendian() ? h : BigLittleSwap16(h);
}
// 模拟ntohs函数，网络字节序转本机字节序
unsigned short int t_ntohs(unsigned short int n)
{ 
       // 若本机为大端，与网络字节序同，直接返回
       // 若本机为小端，网络数据转换成小端再返回
       return checkCPUendian() ? n : BigLittleSwap16(n);
}