字节序

端序(),又稱字节顺序,又稱尾序,在计算机科学领域中,指電腦記憶體中或在数字通信链路中,组成多字节的字的字节的排列顺序。

在几乎所有的机器上,多字节对象都被存储为连续的字节序列。例如在C语言中,一个类型为int的变量x地址为0x100,那么其对应地址表达式&x的值为0x100。且x的四个字节将被存储在電腦記憶體的0x100, 0x101, 0x102, 0x103位置。

端序分为大端序(Big Endian)和小端序(Little Endian)两种。其中小端表示将低位字节数据存储在低地址的模式、大端表示将高位字节数据存储在低地址的模式。[https://ti.luogu.com.cn/problemset/1040]

例如假设上述变量x类型为int,位于地址0x100处,它的值为0x01234567,地址范围为0x100~0x103字节,其内部排列顺序依赖于机器的类型。大端法从首位开始将是:0x100: 0x01, 0x101: 0x23, 0x102: 0x45, 0x103: 0x67。而小端法将是:0x100: 0x67, 0x101: 0x45, 0x102: 0x23, 0x103: 0x01。

端(endian)的起源
的《格列佛游记》,首次出版于1726年]]
endian”一词来源于十八世紀愛爾蘭作家乔纳森·斯威夫特(Jonathan Swift)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(Big-Endians)”和“小端派(Little-Endians)”。以下是书中关于大小端之争历史的描述:

1980年,丹尼·科恩(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。

字节顺序
在哪种字节顺序更合适的问题上,人们表现得非常情绪化,实际上,就像鸡蛋的问题一样,没有技术上的原因来选择字节顺序规则,因此,争论沦为关于社会政治问题的争论,只要选择了一种规则并且始终如一地坚持,其实对于哪种字节排序的选择是任意的。

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,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8位元为单位:

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16位元为单位:

最高的16位元单元0x0A0B存储在低位。

小端序
小端序(英:little-endian)或稱小尾序

  • 数据以8位元为单位:

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16位元为单位:

最低的16位元单元0x0C0D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。但是需要注意可能產生位元組的位元依小端序排列的誤讀。

最低有效字節(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。

最低的16位元单元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:

  • 32位元在PDP-11的存储方式

可以看作高16位元和低16位元以大端序存储,但16位元内部以小端存储。

处理器体系

  • x86、MOS Technology 6502、Z80、VAX、PDP-11、RISC-V等处理器为小端序;
  • Motorola 6800、Motorola 68000、PowerPC 970、System/370、SPARC(除V9外)等处理器为大端序;
  • ARM、PowerPC(除PowerPC 970外)、DEC Alpha、SPARC V9、MIPS、PA-RISC及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。

Berkeley套接字定义了一组转换函数,用于16和32位元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

  • RS-232
  • RS-422
  • RS-485
  • USB
  • 以太网(虽然高字节先传,但每一字节内低位先传)

大端序(先传高位)的串行协议

  • I2C协议
  • SPI协议
  • 摩尔斯电码

参见

  • 最高有效位
  • 最低有效位
  • 网络协议

参考資料
外部链接

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