字节序 大端和小端
目录
- 什么是 大端存储和小端存储?
- 为什么会有大小端转换问题
- 如何检查自己电脑 是大端还是小端?
- 大端小端处理函数
- 使用位运算操作来手动转换大端和小端。
- 使用标准库中的htonl和ntohl函数
- 代码示例:
什么是 大端存储和小端存储?
- 大端模式(Big-endian):高字节存储在低地址,低字节存储在高地址。也就是说,数据的最高有效字节存储在内存的起始地址。
- 小端模式(Little-endian):低字节存储在低地址,高字节存储在高地址。也就是说,数据的最低有效字节存储在内存的起始地址。
假设有一个32位整数0x12345678,在内存中占据4个字节。
在我们叫法中,二进制位有低位到高位,那么也要低字节到高字节。
- 高字节存储在低地址,为大端
- 低字节存储在低地址为小端
为什么会有大小端转换问题
1.硬件架构差异
- 不同的计算机硬件架构采用不同的字节序。例如:大端模式(Big-endian):通常在一些网络协议和大型机系统(如IBM的大型机)中使用。小端模式(Little-endian):在大多数现代个人计算机、服务器、嵌入式系统中使用(如基于 x86和x86_64的系统)。
- 当在不同硬件平台之间传递多字节数据时,如通过网络通信、文件存储或进程间通信,如果不处理字节序的差异,就可能导致数据解释错误。
2.网络协议的要求
- 许多网络协议规定数据传输时必须使用特定的字节序。例如,TCP/IP协议使用大端序作为标准(也称为网络字节序)。因此,当数据在不同系统之间通过网传输时,可能需要在主机字节序与网络字节序之间进行转换。
3.文件和数据格式
- 某些文件格式或数据格式(如图片、音频、视频、数据库文件等)规定了特定的字节序。例如,图像文件格式BMP在文件头中使用小端序存储数据。如果在大端模式的系统上读取或写入这种文件,需要进行字节序转换。
如何检查自己电脑 是大端还是小端?
可以通过联合体
#include <iostream>
using namespace std;
union {
int i;//4字节,32位
char c[4];//4字节字符数组
}test;
int main()
{
test.i = 0x12345678;
//根据第一个字节的值判断大小端
if (test.c[0] == 0x78)
{
cout << "低字节放在低地址 为小端" << endl;
}
else if (test.c[0] == 0x12)
{
cout << "高字节放在低地址 为大端" << endl;
}
else
{
cout << "无法确定字节序" << endl;
}
return 0;
}
大端小端处理函数
在C++中,处理大端(BigEndian)和小端(LittleEndian)存储的相关函数和方法通常与字节序的转换有关。 C++并没有内置的标准库函数专门用于处理大端和小端之间的转换,但可以通过以下几种方式来进行字节序的转换:
使用位运算操作来手动转换大端和小端。
以下是一个示例,将32位整数从小端转换为大端:
#include <iostream>
using namespace std;
//将小端转换为大端
uint32_t littleToBigEndian(uint32_t littleEndian)
{
return ((littleEndian & 0xFF000000) >> 24) |
((littleEndian & 0x00FF0000) >> 8) |
((littleEndian & 0x0000FF00) << 8) |
((littleEndian & 0xFF0000FF) << 24);
}
int main()
{
uint32_t littleEndian = 0x12345678;
uint32_t bigEndian = littleToBigEndian(littleEndian);
cout << hex << "小端: 0x" << littleEndian << endl;
cout << hex << "大端: 0x" << bigEndian << endl;
return 0;
}
使用标准库中的htonl和ntohl函数
在网络编程中,POSIX标准提供了htonl(Host to Network Long)、htons(Host to Network Short)、ntohl(Network to Host Long)和ntohs(Network to Host Short)这些函数用于字节序转换。这些函数可以用于转换16位和32位的整数。
- htohl和ntohl:用于转换32位(long)的字节序。
- htons和ntohs:用于转换16位(short)的字节序。
这些函数在<arpa/inet.h>(Linux/Unix)或<winsock2.h>(Windows)头文件中定义。
代码示例:
需要添加系统的lib。
#include <iostream>
#include <cstdint>
#include <WinSock2.h>
using namespace std;
int main()
{
uint32_t hostOrder = 0x12345678;
//主机转网络
uint32_t networkOrder = htonl(hostOrder);
cout << hex << "host : 0x" << hostOrder << endl;
cout << hex << "Net : 0x" << networkOrder << endl;
//网络转主机
uint32_t hostConvertedBack = ntohl(networkOrder);
cout << hex << "hostConvertedBack : 0x" << hostConvertedBack << endl;
return 0;
}