Big Endian 和 Little Endian
Peter Lee 2008-04-20
一、字節(jié)序
來自:
http://ayazh.gjjblog.com/archives/1058846/談到字節(jié)序的問題,必然牽涉到兩大CPU派系。那就是Motorola的PowerPC系列CPU和Intel的x86系列CPU。PowerPC系列采用big endian方式存儲數據,而x86系列則采用little endian方式存儲數據。那么究竟什么是big endian,什么又是little endian呢?
其實big endian是指低地址存放最高有效字節(jié)(MSB),而little endian則是低地址存放最低有效字節(jié)(LSB)。
用文字說明可能比較抽象,下面用圖像加以說明。比如數字0x12345678在兩種不同字節(jié)序CPU中的存儲順序如下所示:
Big Endian
低地址 高地址
----------------------------------------->
+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
| 12 | 34 | 56 | 78 |
+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
Little Endian
低地址 高地址
----------------------------------------->
+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
| 78 | 56 | 34 | 12 |
+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
從上面兩圖可以看出,采用big endian方式存儲數據是符合我們人類的思維習慣的。而little endian,!@#$%^&*,見鬼去吧 -_-|||
為什么要注意字節(jié)序的問題呢?你可能這么問。當然,如果你寫的程序只在單機環(huán)境下面運行,并且不和別人的程序打交道,那么你完全可以忽略字節(jié)序的存在。但是,如果你的程序要跟別人的程序產生交互呢?在這里我想說說兩種語言。C/C++語言編寫的程序里數據存儲順序是跟編譯平臺所在的CPU相關的,而JAVA編寫的程序則唯一采用big endian方式來存儲數據。試想,如果你用C/C++語言在x86平臺下編寫的程序跟別人的JAVA程序互通時會產生什么結果?就拿上面的0x12345678來說,你的程序傳遞給別人的一個數據,將指向0x12345678的指針傳給了JAVA程序,由于JAVA采取big endian方式存儲數據,很自然的它會將你的數據翻譯為0x78563412。什么?竟然變成另外一個數字了?是的,就是這種后果。因此,在你的C程序傳給JAVA程序之前有必要進行字節(jié)序的轉換工作。
無獨有偶,所有網絡協議也都是采用big endian的方式來傳輸數據的。所以有時我們也會把big endian方式稱之為網絡字節(jié)序。當兩臺采用不同字節(jié)序的主機通信時,在發(fā)送數據之前都必須經過字節(jié)序的轉換成為網絡字節(jié)序后再進行傳輸。ANSI C中提供了下面四個轉換字節(jié)序的宏。
big endian:最高字節(jié)在地址最低位,最低字節(jié)在地址最高位,依次排列。
little endian:最低字節(jié)在最低位,最高字節(jié)在最高位,反序排列。
endian指的是當物理上的最小單元比邏輯上的最小單元小時,邏輯到物理的單元排布關系。咱們接觸到的物理單元最小都是byte,在通信領域中,這里往往是bit,不過原理也是類似的。
一個例子:
如果我們將0x1234abcd寫入到以0x0000開始的內存中,則結果為
big-endian little-endian
0x0000 0x12 0xcd
0x0001 0x34 0xab
0x0002 0xab 0x34
0x0003 0xcd 0x12
目前應該little endian是主流,因為在數據類型轉換的時候(尤其是指針轉換)不用考慮地址問題。
二、Big Endian 和 Little Endian名詞的由來
這兩個術語來自于 Jonathan Swift 的《《格利佛游記》其中交戰(zhàn)的兩個派別無法就應該從哪一端--小端還是大端--打開一個半熟的雞蛋達成一致。:)
“endian”這個詞出自《格列佛游記》。小人國的內戰(zhàn)就源于吃雞蛋時是究竟從大頭(Big-Endian)敲開還是從小頭(Little-Endian)敲開,由此曾發(fā)生過六次叛亂,其中一個皇帝送了命,另一個丟了王位。
我們一般將endian翻譯成“字節(jié)序”,將big endian和little endian稱作“大尾”和“小尾”。
在那個時代,Swift是在諷刺英國和法國之間的持續(xù)沖突,Danny Cohen,一位網絡協議的早期開創(chuàng)者,第一次使用這兩個術語來指代字節(jié)順序,后來這個術語被廣泛接納了
三、Big Endian 和 Little Endian優(yōu)劣
來自:Dr. William T. Verts, April 19, 1996
Big Endian
判別一個數的正負很容易,只要取offset0處的一個字節(jié)就能確認。
Little Endian
長度為1,2,4字節(jié)的數,排列方式都是一樣的,數據類型轉換非常方便。
四、一些常見文件的字節(jié)序
來自:Dr. William T. Verts, April 19, 1996
Common file formats and their endian order are as follows:
Adobe Photoshop -- Big Endian
BMP (Windows and OS/2 Bitmaps) -- Little Endian
DXF (AutoCad) -- Variable
GIF -- Little Endian
IMG (GEM Raster) -- Big Endian
JPEG -- Big Endian
FLI (Autodesk Animator) -- Little Endian
MacPaint -- Big Endian
PCX (PC Paintbrush) -- Little Endian
PostScript -- Not Applicable (text!)
POV (Persistence of Vision ray-tracer) -- Not Applicable (text!)
QTM (Quicktime Movies) -- Little Endian (on a Mac!) (PeterLee注Big Endian in my opinion)
Microsoft RIFF (.WAV & .AVI) -- Both
Microsoft RTF (Rich Text Format) -- Little Endian
SGI (Silicon Graphics) -- Big Endian
Sun Raster -- Big Endian
TGA (Targa) -- Little Endian
TIFF -- Both, Endian identifier encoded into file
WPG (WordPerfect Graphics Metafile) -- Big Endian (on a PC!)
XWD (X Window Dump) -- Both, Endian identifier encoded into file
五、比特序
來自:
http://ayazh.gjjblog.com/archives/1058846/我在8月9號的《Big Endian和Little Endian》一文中談了字節(jié)序的問題?墒怯信笥讶匀粫䥺枺珻PU存儲一個字節(jié)的數據時其字節(jié)內的8個比特之間的順序是否也有big endian和little endian之分?或者說是否有比特序的不同?
實際上,這個比特序是同樣存在的。下面以數字0xB4(10110100)用圖加以說明。
Big Endian
msb lsb
---------------------------------------------->
+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
| 1 | 0 | 1 | 1 | 0 | 1 | 0 | 0 |
+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
Little Endian
lsb msb
---------------------------------------------->
+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
| 0 | 0 | 1 | 0 | 1 | 1 | 0 | 1 |
+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
實際上,由于CPU存儲數據操作的最小單位是一個字節(jié),其內部的比特序是什么樣對我們的程序來說是一個黑盒子。也就是說,你給我一個指向0xB4這個數的指針,對于big endian方式的CPU來說,它是從左往右依次讀取這個數的8個比特;而對于little endian方式的CPU來說,則正好相反,是從右往左依次讀取這個數的8個比特。而我們的程序通過這個指針訪問后得到的數就是0xB4,字節(jié)內部的比特序對于程序來說是不可見的,其實這點對于單機上的字節(jié)序來說也是一樣的。
那可能有人又會問,如果是網絡傳輸呢?會不會出問題?是不是也要通過什么函數轉換一下比特序?嗯,這個問題提得很好。假設little endian方式的CPU要傳給big endian方式CPU一個字節(jié)的話,其本身在傳輸之前會在本地就讀出這個8比特的數,然后再按照網絡字節(jié)序的順序來傳輸這8個比特,這樣的話到了接收端不會出現任何問題。而假如要傳輸一個32比特的數的話,由于這個數在littel endian方存儲時占了4個字節(jié),而網絡傳輸是以字節(jié)為單位進行的,little endian方的CPU讀出第一個字節(jié)后發(fā)送,實際上這個字節(jié)是原數的LSB,到了接收方反倒成了MSB從而發(fā)生混亂。