端序
端序（英語：Endianness），又稱字節順序，又稱尾序，在計算機科學領域中，指電腦記憶體中或在數字通信鏈路中，組成多字節的字的字節的排列順序。
在幾乎所有的機器上，多字節對象都被存儲為連續的字節序列。例如在C語言中，一個類型為int的變量x地址為0x100，那麼其對應地址表達式&x的值為0x100。且x的四個字節將被存儲在電腦記憶體的0x100, 0x101, 0x102, 0x103位置。[1]
字節的排列方式有兩個通用規則。例如，將一個多位數的低位放在較小的地址處，高位放在較大的地址處，則稱小端序；反之則稱大端序。在網絡應用中，字節序是一個必須被考慮的因素，因為不同機器類型可能採用不同標準的字節序，所以均按照網絡標準轉化。
例如假設上述變量x類型為int，位於地址0x100處，它的值為0x01234567，地址範圍為0x100~0x103字節，其內部排列順序依賴於機器的類型。大端法從首位開始將是：0x100: 0x01, 0x101: 0x23, 0x102: 0x45, 0x103: 0x67。而小端法將是：0x100: 0x67, 0x101: 0x45, 0x102: 0x23, 0x103: 0x01。
端（endian）的起源
[編輯]「endian」一詞來源於十八世紀愛爾蘭作家喬納森·斯威夫特（Jonathan Swift）的小說《格列佛遊記》（Gulliver's Travels）。小說中，小人國為水煮蛋該從大的一端（Big-End）剝開還是小的一端（Little-End）剝開而爭論，爭論的雙方分別被稱為「大端派（Big-Endians）」和「小端派（Little-Endians）」。以下是1726年關於大小端之爭歷史的描述：
| “ | 我下面要告訴你的是，Lilliput和Blefuscu這兩大強國在過去36個月裡一直在苦戰。戰爭開始是由於以下的原因：我們大家都認為，吃雞蛋前，原始的方法是打破雞蛋較大的一端，可是當今皇帝的祖父小時候吃雞蛋，一次按古法打雞蛋時碰巧將一個手指弄破了。因此他的父親，當時的皇帝，就下了一道敕令，命令全體臣民吃雞蛋時打破雞蛋較小的一端，違令者重罰。老百姓們對這項命令極其反感。歷史告訴我們，由此曾經發生過6次叛亂，其中一個皇帝送了命，另一個丟了王位。這些叛亂大多都是由Blefuscu的國王大臣們煽動起來的。叛亂平息後，流亡的人總是逃到那個帝國去尋求避難。據估計，先後幾次有11000人情願受死也不肯去打破雞蛋較小的一端。關於這一爭端，曾出版過幾百本大部著作，不過大端派的書一直是受禁的，法律也規定該派任何人不得做官。」 | ” |
| ——《格列夫遊記》 第一卷第4章 蔣劍鋒（譯） | ||
1980年，丹尼·科恩（Danny Cohen），一位網絡協議的早期開發者，在其著名的論文"On Holy Wars and a Plea for Peace"中，為平息一場關於字節該以什麼樣的順序傳送的爭論，而第一次引用了該詞。[2]
字節順序
[編輯]在哪種字節順序更合適的問題上，人們表現得非常情緒化，實際上，就像雞蛋的問題一樣，沒有技術上的原因來選擇字節順序規則，因此，爭論淪為關於社會政治問題的爭論，只要選擇了一種規則並且始終如一地堅持，其實對於哪種字節排序的選擇是任意的。
對於單一的字節（a byte），大部分處理器以相同的順序處理位元，因此單字節的存放方法和傳輸方式一般相同。
對於多字節數據，如整數（32位機中一般占4字節），在不同的處理器的存放方式主要有兩種，以內存中0x0A0B0C0D的存放方式為例，分別有以下幾種方式：
- 注: 0x前綴代表十六進制。
大端序
[編輯]大端序（英：big-endian）或稱大尾序。
- 數據以8位元為單位:
| 地址增長方向 → | |||||
| 0x0A | 0x0B | 0x0C | 0x0D | ||
示例中，最高位字節是0x0A 存儲在最低的內存地址處。下一個字節0x0B存在後面的地址處。正類似於十六進制字節從左到右的閱讀順序。
- 數據以16位元為單位:
| 地址增長方向 → | |||||
| 0x0A0B | 0x0C0D | ||||
最高的16位元單元0x0A0B存儲在低位。
小端序
[編輯]小端序（英：little-endian）或稱小尾序。
- 數據以8位元為單位:
| 地址增長方向 → | |||||
| 0x0D | 0x0C | 0x0B | 0x0A | ||
最低位字節是0x0D 存儲在最低的內存地址處。後面字節依次存在後面的地址處。
- 數據以16位元為單位:
| 地址增長方向 → | |||||
| 0x0C0D | 0x0A0B | ||||
最低的16位元單元0x0C0D存儲在低位。
- 更改地址的增長方向:
當更改地址的增長方向，使之由右至左時，表格更具有可閱讀性。
| ← 地址增長方向 | |||||
| 0x0A | 0x0B | 0x0C | 0x0D | ||
最低有效位（LSB）是0x0D 存儲在最低的內存地址處。後面字節依次存在後面的地址處。
| ← 地址增長方向 | |||||
| 0x0A0B | 0x0C0D | ||||
最低的16位元單元0x0C0D存儲在低位。
混合序
[編輯]混合序（英：middle-endian）具有更複雜的順序。以PDP-11為例，0x0A0B0C0D被存儲為：
- 32位元在PDP-11的存儲方式
| 地址增長方向 → | |||||
| 0x0B | 0x0A | 0x0D | 0x0C | ||
可以看作高16位元和低16位元以大端序存儲，但16位元內部以小端存儲。
處理器體系
[編輯]- x86、MOS Technology 6502、Z80、VAX、PDP-11、RISC-V等處理器為小端序；
- Motorola 6800、Motorola 68000、PowerPC 970、System/370、SPARC（除V9外）等處理器為大端序；
- ARM、PowerPC（除PowerPC 970外）、DEC Alpha、SPARC V9、MIPS、PA-RISC及IA64的字節序是可配置的。
網絡序
[編輯]網絡傳輸一般採用大端序，也被稱之為網絡字節序，或網絡序。IP協議中定義大端序為網絡字節序。
Berkeley套接字定義了一組轉換函數，用於16和32位元整數在網絡序和本機字節序之間的轉換。htonl，htons用於本機序轉換到網絡序；ntohl，ntohs用於網絡序轉換到本機序。
位序
[編輯]一般用於描述串行設備的傳輸順序。網絡協議中只有數據鏈路層的底端會涉及到。
小端序（先傳低位）的串行協議
[編輯]大端序（先傳高位）的串行協議
[編輯]參見
[編輯]參考資料
[編輯]外部連結
[編輯]- Endian的由來 （頁面存檔備份，存於網際網路檔案館）
- White Paper: Endianness or Where is Byte 0?（頁面存檔備份，存於網際網路檔案館）（英文）
- Byte Ordering PPC （頁面存檔備份，存於網際網路檔案館）（英文）
- The Layout of Data in Memory（英文）
- Writing endian-independent code in C （頁面存檔備份，存於網際網路檔案館）（英文）
- How to convert an integer to little endian or big endian （頁面存檔備份，存於網際網路檔案館）（英文）
- Understanding big and little endian byte order（頁面存檔備份，存於網際網路檔案館）（英文）
- Mandatory reading: ON HOLY WARS AND A PLEA FOR PEACE（英文）