Byte and Bit Order Dissection (网络和系统中的Endianness).docVIP

Byte and Bit Order Dissection 作者：Kevin He，2003-09-02 原文地址：/article/6788 译者：Love. Katherine，2007-04-14 译文地址：/lovekatherine/archive/2007/04/14/1564731.aspx 转载时务必以超链接形式标明文章原始出处及作者、译者信息。 讨论大端与小端、比特序与节序的区别，以及它们的作用范围 编辑提示：本文自最初发表后已 做过修改 那些不得不和比特序、字节序问题打交道的软件或硬件工程师，都很清楚这过程就像是走迷宫。尽管通常我们都能走出迷宫，但是每次都要牺牲数量可观的脑细胞。本文试图概括需要处理比特序和字节序问题的领域，包括CPU、总线、硬件设备以及网络协议。我们将深入问题的细节，并希望能在这个问题上提供有价值的参考。本文同时还试图提供一些从实践中总结出的指导和拇指法则。 大小端 我们对endianness这个名词估计都很熟悉了。它首先被Danny Cohen于1980引入，用来表述计算机系统表示多字节整数的方式。 endianness分为两种：大端和小端。(从字节序的角度来看)大端方式是将整数中最高位byte存放在最低地址中。而小端方式则相反，将整数中的最高位byte存放在最高地址中。 对于某个确定的计算机系统，比特序通常与字节序保持一致。换言之，在大端系统中，每个byte中最高位bit存放在内存最低位；在小端系统中，最低位bit存放在内存最低位。 在设计计算机系统时，应该尽一切可能避免通过软件方式执行bit换位，因为这样不仅会产生巨大开销，也是件令程序员感到乏味的工作。后文将介绍如何通过硬件方式处理这一问题。 书写规则 正如大部分人是按照从左至右的顺序书写数字，一个多字节整数的内存布局也应该遵循同样的方式，即从左至右为数值的最高位至最低位。正如我们在下面的例子中所看到的，这是书写整数最清晰的方式。 根据上述规则，我们按以下方式分别在大端和小端系统中值为0x0a0b0c0d的整数。 在大端系统中书写整数： byte addr 0 1 2 3 bit offset0123456701234567 binary0000101100001101 hex 0a 0b 0c 0d 在小端系统中书写整数 byte addr 3 2 1 0 bit offset7654321076543210 binary0000101100001101 hex 0a 0b 0c 0d 以上两种情形，我们都是按从左至右的顺序读，整数值为0X0a0b0c0d 假设我们不遵循上述的规则，也许我们会以如下方式书写整数： byte addr 0 1 2 3 bit offset0123456701234567 binary0011000001010000 正如你所看到的，这种方式下想要看出我们要表达的整数是件困难的事情。 本文中使用的简化计算机系统 在不失一般性的前提下，在本文中使用下图所描述的简化计算机系统： CPU、内部总线和内存/Cache这些部件由于通常拥有相同的endianness，可以作为一个整体用CPU来代表。而对于总线endianness讨论，只涉及外部总线。CPU寄存器宽度、内存字宽和总线宽度在本文中被设定为32bits。 CPU的endianness CPU的endianness是指它在寄存器、内部总线、Cahce和内存中表示多字节整数时所采取的字节序和比特序。 小端的CPU包括Intel和DEC。大端CPU包括Motorola 680x0, Sun Sparc and IBM (如PowerPC)。MIPs and ARM可以设定为任选其一。 CPU的endianness影响着CPU的指令集。对于使用不同endianness的CPU，应该使用不同的GNU工具包来编译代码。例如，mips-lin