字節(jié)順序的問題令人沮喪，我想讓你免除我經(jīng)歷的悲痛。這是關(guān)鍵：

問題：計(jì)算機(jī)使用不同的語言，就像人一樣。 有些人將數(shù)據(jù)“從左到右”，其他人從“從右到左”。

機(jī)器可以很好地讀取自己的數(shù)據(jù) - 當(dāng)一臺(tái)計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)而另一種類型嘗試讀取數(shù)據(jù)時(shí)會(huì)出現(xiàn)問題。

解決方案

同意通用格式（即，所有網(wǎng)絡(luò)流量遵循單一格式），或

始終包含描述數(shù)據(jù)格式的標(biāo)頭。如果標(biāo)題向后顯示，則表示數(shù)據(jù)以其他格式存儲(chǔ)，需要轉(zhuǎn)換。

數(shù)字與數(shù)據(jù)

最重要的概念是識(shí)別數(shù)字與表示數(shù)字的數(shù)據(jù)之間的差異。

一個(gè)數(shù)是一個(gè)抽象的概念，如東西計(jì)數(shù)。你有十個(gè)手指。無論您使用什么樣的表示，“十”的概念都不會(huì)改變：十，十，迪茲（西班牙語），ju（日語），1010（二進(jìn)制），X（羅馬數(shù)字）......這些表示都指向同樣的“十”概念。

將其與數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比。數(shù)據(jù)是物理概念，是存儲(chǔ)在計(jì)算機(jī)上的原始比特和字節(jié)序列。數(shù)據(jù)沒有固有的含義，必須由閱讀它的人解釋。

數(shù)據(jù)就像人類寫作，這只是紙上的標(biāo)記。這些標(biāo)記沒有固有的含義。如果我們看到一條線和一條圓（如：| O），我們可能會(huì)將其解釋為“十”。

但是我們假設(shè)標(biāo)記是指一個(gè)數(shù)字。它們可能是木星的“IO”字母?；蛘咭苍S是希臘女神。或者也許是輸入/輸出的縮寫?；蚰橙说拿挚s寫?；蚨M(jìn)制數(shù)字2（“10”）?？赡苄粤斜砝^續(xù)。

關(guān)鍵是單個(gè)數(shù)據(jù)（| O）可以用多種方式解釋，并且在有人澄清作者的意圖之前，其含義尚不清楚。

計(jì)算機(jī)面臨同樣的問題。它們存儲(chǔ)數(shù)據(jù)，而不是抽象概念，并使用1和0的序列來存儲(chǔ)數(shù)據(jù)。之后，他們回讀了1和0，并嘗試從原始數(shù)據(jù)中重新創(chuàng)建抽象概念。根據(jù)所做的假設(shè)，1和0可能意味著非常不同的東西。

為什么會(huì)出現(xiàn)這個(gè)問題？嗯，沒有規(guī)則所有計(jì)算機(jī)必須使用相同的語言，就像所有人都不需要的規(guī)則一樣。每種類型的計(jì)算機(jī)都是內(nèi)部一致的（它可以讀回自己的數(shù)據(jù)），但不能保證其他類型的計(jì)算機(jī)如何解釋它創(chuàng)建的數(shù)據(jù)。

基本概念

數(shù)據(jù)（位和字節(jié)，或紙上的標(biāo)記）毫無意義; 它必須被解釋為創(chuàng)建一個(gè)抽象概念，如數(shù)字。

與人類一樣，計(jì)算機(jī)有不同的方式來存儲(chǔ)相同的抽象概念。（也就是說，我們有很多方法可以說“十”：十，十，二等）

將數(shù)字存儲(chǔ)為數(shù)據(jù)

值得慶幸的是，大多數(shù)計(jì)算機(jī)都同意一些基本的數(shù)據(jù)格式（情況并非總是這樣）。這為我們提供了一個(gè)共同的起點(diǎn)，使我們的生活更輕松：

有兩個(gè)值（開或關(guān)，1或0）

一個(gè)字節(jié)是一個(gè)8位的序列

字節(jié)中“最左邊”的位是最大的。因此，二進(jìn)制序列00001001是十進(jìn)制數(shù)9. 00001001 =（2 3 + 2 0 = 8 + 1 = 9）。

位從右到左編號(hào)。位0是最右邊和最小的; 第7位是最左邊和最大的。

我們可以將這些基本協(xié)議用作交換數(shù)據(jù)的構(gòu)建塊。如果我們一次存儲(chǔ)和讀取一個(gè)字節(jié)的數(shù)據(jù)，它將適用于任何計(jì)算機(jī)。字節(jié)的概念在所有機(jī)器上都是相同的，并且在所有機(jī)器上，哪個(gè)字節(jié)是第一個(gè)，第二個(gè)，第三個(gè)（字節(jié)0，字節(jié)1，字節(jié)2 ......）的想法是相同的。

如果計(jì)算機(jī)同意每個(gè)字節(jié)的順序，那么問題是什么？

嗯，這適用于單字節(jié)數(shù)據(jù)，如ASCII文本。但是，需要使用多個(gè)字節(jié)存儲(chǔ)大量數(shù)據(jù)，如整數(shù)或浮點(diǎn)數(shù)。并且沒有就如何存儲(chǔ)這些序列達(dá)成一致。

字節(jié)示例

考慮一個(gè)4字節(jié)的序列，名為WXY和Z - 我避免將它們命名為ABCD，因?yàn)樗鼈兪鞘M(jìn)制數(shù)字，這會(huì)令人困惑。因此，每個(gè)字節(jié)都有一個(gè)值，由8位組成。

 字節(jié)名稱：WXYZ

 地點(diǎn)：0 1 2 3

 值（十六進(jìn)制）：0x12 0x34 0x56 0x78

例如，W是整個(gè)字節(jié)，十六進(jìn)制為0x12或二進(jìn)制為00010010。如果W被解釋為一個(gè)數(shù)字，它將是十進(jìn)制的“18”（順便說一下，沒有什么可以說我們必須把它解釋為一個(gè)數(shù)字 - 它可能是一個(gè)ASCII字符或完全不同的東西）。

和我一起到目前為止？我們有4個(gè)字節(jié)，WXY和Z，每個(gè)字節(jié)都有不同的值。

理解指針

指針是編程的關(guān)鍵部分，尤其是C編程語言。指針是引用內(nèi)存位置的數(shù)字。由我們（程序員）來解釋該位置的數(shù)據(jù)。

在C中，當(dāng)您將指針強(qiáng)制轉(zhuǎn)換為某種類型（例如char *或int *）時(shí)，它會(huì)告訴計(jì)算機(jī)如何解釋該位置的數(shù)據(jù)。例如，讓我們聲明

void * p = 0; // p是指向未知數(shù)據(jù)類型的指針

             // p是一個(gè)NULL指針 - 不要取消引用

char * c; // c是指向char的指針，通常是單個(gè)字節(jié)

請(qǐng)注意，我們無法從p獲取數(shù)據(jù)，因?yàn)槲覀儾恢浪念愋?。p可以指向一個(gè)數(shù)字，一個(gè)字母，一個(gè)字符串的開頭，你的星座，一個(gè)圖像 - 我們只是不知道要讀取多少字節(jié)，或者如何解釋那里有什么。

現(xiàn)在，假設(shè)我們寫

c =（char *）p;

啊 - 現(xiàn)在這個(gè)語句告訴計(jì)算機(jī)指向與p相同的位置，并將數(shù)據(jù)解釋為單個(gè)字符（char通常是單個(gè)字節(jié)，uint8_t如果在您的機(jī)器上使用，則使用）。在這種情況下，c將指向存儲(chǔ)器位置0或字節(jié)W.如果我們打印c，我們將得到W中的值，即十六進(jìn)制0x12（記住W是整個(gè)字節(jié)）。

這個(gè)例子不依賴于我們擁有的計(jì)算機(jī)類型 - 同樣，所有計(jì)算機(jī)都同意單個(gè)字節(jié)是什么（過去不是這種情況）。

這個(gè)例子很有用，即使它在所有計(jì)算機(jī)上都是一樣的 - 如果我們有一個(gè)指向單個(gè)字節(jié)的指針（char *，一個(gè)字節(jié)），我們可以遍歷內(nèi)存，一次讀取一個(gè)字節(jié)。我們可以檢查任何內(nèi)存位置和計(jì)算機(jī)的字節(jié)順序無關(guān)緊要 - 每臺(tái)計(jì)算機(jī)都會(huì)返回相同的信息。

所以有什么問題？

計(jì)算機(jī)嘗試讀取多個(gè)字節(jié)時(shí)出現(xiàn)問題。某些數(shù)據(jù)類型包含多個(gè)字節(jié)，如長整數(shù)或浮點(diǎn)數(shù)。單個(gè)字節(jié)只有256個(gè)值，因此可以存儲(chǔ)0 - 255。

現(xiàn)在出現(xiàn)問題 - 當(dāng)您讀取多字節(jié)數(shù)據(jù)時(shí)，最大字節(jié)出現(xiàn)在哪里？

大端機(jī)：用于存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的第一大終端。查看多個(gè)字節(jié)時(shí)，第一個(gè)字節(jié)（最低地址）是最大的。

小端機(jī)：首先存儲(chǔ)數(shù)據(jù)小端。查看多個(gè)字節(jié)時(shí)，第一個(gè)字節(jié)最小。

命名是有道理的，是嗎？Big-endian認(rèn)為大端是第一位的。（順便說一句，big-endian / little-endian命名來自Gulliver's Travels，Lilliputans爭論是否要在小端或大端打破雞蛋。有時(shí)計(jì)算機(jī)辯論同樣有意義:-)）

同樣，如果您有一個(gè)字節(jié)，則endian-ness無關(guān)緊要。如果你有一個(gè)字節(jié)，它是你讀取的唯一數(shù)據(jù)，所以只有一種方法可以解釋它（同樣，因?yàn)橛?jì)算機(jī)同意一個(gè)字節(jié)是什么）。

現(xiàn)在假設(shè)我們將4個(gè)字節(jié)（WXYZ）以相同的方式存儲(chǔ)在大端和小端機(jī)器上。也就是說，兩臺(tái)機(jī)器上的內(nèi)存位置0都是W，內(nèi)存位置1是X等。

我們可以通過記住字節(jié)與機(jī)器無關(guān)來創(chuàng)建這種安排。我們可以一次走一段內(nèi)存，然后設(shè)置我們需要的值。這適用于任何機(jī)器：

c = 0; //指向位置0（不適用于真機(jī)！）

* c = 0x12; //設(shè)置W的值

c = 1; //指向位置1

* c = 0x34; //設(shè)置X的值

... //重復(fù)Y和Z; 細(xì)節(jié)留給讀者

此代碼適用于任何機(jī)器，我們?cè)谖恢?,1,2和3中都設(shè)置了字節(jié)W，X，Y和Z.

解釋數(shù)據(jù)

現(xiàn)在讓我們用多字節(jié)數(shù)據(jù)做一個(gè)例子（最后！）?？焖倩仡櫍骸岸陶麛?shù)”是一個(gè)2字節(jié)（16位）的數(shù)字，范圍從0到65535（如果是無符號(hào)）。我們?cè)谝粋€(gè)例子中使用它：

短* s; //指向short int的指針（2個(gè)字節(jié)）

s = 0; //指向位置0; * s是值

因此，s是指向short的指針，現(xiàn)在正在查看字節(jié)位置0（具有W）。當(dāng)我們讀取s的值時(shí)會(huì)發(fā)生什么？

Big endian機(jī)器：我認(rèn)為short是兩個(gè)字節(jié)，所以我將把它們讀掉：位置s是地址0（W或0x12），位置s + 1是地址1（X或0x34）。由于第一個(gè)字節(jié)最大（我是大端！），數(shù)字必須是256 *字節(jié)0 +字節(jié)1，或256 * W + X或0x1234。我將第一個(gè)字節(jié)乘以256（2 ^ 8）因?yàn)槲倚枰獙⑺莆?位。

小端機(jī)：我不知道Big Endian先生在吸煙。是的，我同意短路是2個(gè)字節(jié)，我會(huì)像他一樣讀取它們：位置s是0x12，位置s + 1是0x34。但在我的世界里，第一個(gè)字節(jié)是最小的！short的值是字節(jié)0 + 256 *字節(jié)1，或256 * X + W或0x3412。

請(qǐng)記住，兩臺(tái)機(jī)器都從位置開始，讀取內(nèi)存向上。關(guān)于位置0和位置1的含義沒有混淆。短路是2個(gè)字節(jié)沒有混淆。

但是你看到了這個(gè)問題嗎？big-endian機(jī)器認(rèn)為s = 0x1234并且little-endian機(jī)器認(rèn)為s = 0x3412。相同的確切數(shù)據(jù)給出了兩個(gè)不同的數(shù)字?？赡懿皇且患檬?。

又一個(gè)例子

讓我們用另一個(gè)4字節(jié)整數(shù)的例子來表示“有趣”：

int * i; //指向int的指針（32位機(jī)器上的4個(gè)字節(jié)）

i = 0; //指向位置零，所以* i是那里的值

我們?cè)俅螁枺何业膬r(jià)值是什么？

大端機(jī)器：int是4個(gè)字節(jié)，第一個(gè)是最大的。我讀了4個(gè)字節(jié)（WXYZ），W是最大的。號(hào)碼是0x12345678。

小端機(jī)器：當(dāng)然，int是4個(gè)字節(jié)，但第一個(gè)是最小的。我也讀過WXYZ，但W屬于后面 - 這是最小的。號(hào)碼是0x78563412。

相同的數(shù)據(jù)，不同的結(jié)果 - 不是一件好事。這是一個(gè)使用上面數(shù)字的交互式示例，隨意插入您自己的：

NUXI問題

字節(jié)順序的問題有時(shí)被稱為NUXI問題：存儲(chǔ)在big-endian機(jī)器上的UNIX可以在小端機(jī)器上顯示為NUXI。

假設(shè)我們要將4個(gè)字節(jié)（U，N，I和X）存儲(chǔ)為兩個(gè)短路：UN和IX。每個(gè)字母都是整個(gè)字節(jié)，就像我們上面的WXYZ例子一樣。要存儲(chǔ)這兩條短褲我們會(huì)寫：

短* s; //設(shè)置短褲的指針

s = 0; //指向位置0

* s =聯(lián)合國; //存儲(chǔ)第一個(gè)短：U * 256 + N（虛構(gòu)代碼）

s = 2; //指向下一個(gè)位置

* s = IX; //存儲(chǔ)第二個(gè)短片：I * 256 + X.

此代碼不是特定于計(jì)算機(jī)的。如果我們將“UN”存儲(chǔ)在一臺(tái)機(jī)器上并要求將其讀回來，最好是“UN”！我不關(guān)心端序問題，如果我們?cè)谝慌_(tái)機(jī)器上存儲(chǔ)一個(gè)值并在同一臺(tái)機(jī)器上讀回它，它必須是相同的值。

但是，如果我們一次查看一個(gè)字節(jié)的內(nèi)存（使用我們的char *技巧），順序可能會(huì)有所不同。在大端機(jī)器上，我們看到：

字節(jié)：UNIX

地點(diǎn)：0 1 2 3

哪個(gè)有意義。U是“UN”中的最大字節(jié)，首先存儲(chǔ)。對(duì)于IX來說也是如此：我是最大的，并且首先存儲(chǔ)。

在小端機(jī)器上我們會(huì)看到：

字節(jié)：NUXI

地點(diǎn)：0 1 2 3

這也是有道理的?！癗”是“UN”中最小的字節(jié)，首先存儲(chǔ)。同樣，即使字節(jié)在存儲(chǔ)器中“向后”存儲(chǔ)，小端機(jī)器也知道它是小端，并在讀取值時(shí)正確解釋它們。另外，請(qǐng)注意我們可以在任何機(jī)器上指定十六進(jìn)制數(shù)字，例如x = 0x1234。即使是一個(gè)小端機(jī)器也知道你寫0x1234時(shí)的意思，并且不會(huì)強(qiáng)迫你自己交換這些值（你指定要寫入的十六進(jìn)制數(shù)，它會(huì)計(jì)算出細(xì)節(jié)并交換內(nèi)存中的字節(jié)，在覆蓋。棘手。）。

這種情況稱為“NUXI”問題，因?yàn)樽止?jié)序列UNIX在另一種類型的機(jī)器上被解釋為NUXI。同樣，如果您交換數(shù)據(jù)，這只是一個(gè)問題 - 每臺(tái)機(jī)器都是內(nèi)部一致的。

在Endian機(jī)器之間交換數(shù)據(jù)

計(jì)算機(jī)是連接在一起的 - 機(jī)器只需要擔(dān)心閱讀自己的數(shù)據(jù)的日子就消失了。大端和小端機(jī)器需要交談和相處。他們?nèi)绾巫龅竭@一點(diǎn)？

解決方案1：使用通用格式

最簡單的方法是同意通過網(wǎng)絡(luò)發(fā)送數(shù)據(jù)的通用格式。標(biāo)準(zhǔn)的網(wǎng)絡(luò)秩序?qū)嶋H上是大端的，但是有些人認(rèn)為小端沒有獲勝...我們只是稱之為“網(wǎng)絡(luò)秩序”。

要將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為網(wǎng)絡(luò)順序，計(jì)算機(jī)將調(diào)用函數(shù)hton（主機(jī)到網(wǎng)絡(luò)）。在大端機(jī)器上，這實(shí)際上不會(huì)做任何事情，但我們不會(huì)在這里討論（小端可能會(huì)生氣）。

但是在發(fā)送數(shù)據(jù)之前使用hton很重要，即使你是big-endian也是如此。你的程序可能很受歡迎，它在不同的機(jī)器上編譯，你希望你的代碼是可移植的（不是嗎？）。

類似地，有一個(gè)用于從網(wǎng)絡(luò)讀取數(shù)據(jù)的功能ntoh（網(wǎng)絡(luò)到主機(jī)）。您需要這樣做以確保正確地將網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)解釋為主機(jī)的格式。您需要知道正在接收的數(shù)據(jù)類型才能正確解碼，轉(zhuǎn)換功能如下：

 htons（） - “主機(jī)到網(wǎng)絡(luò)短”

 htonl（） - “主機(jī)到網(wǎng)絡(luò)長”

 ntohs（） - “網(wǎng)絡(luò)主機(jī)短”

 ntohl（） - “網(wǎng)絡(luò)主機(jī)長”

請(qǐng)記住，單個(gè)字節(jié)是單個(gè)字節(jié)，順序無關(guān)緊要。

執(zhí)行低級(jí)網(wǎng)絡(luò)時(shí)，這些功能至關(guān)重要，例如驗(yàn)證IP數(shù)據(jù)包中的校驗(yàn)和。如果你不能正確理解端序問題，你的生活將會(huì)很痛苦 - 請(qǐng)接受我的話。使用翻譯功能，并了解他們需要的原因。

解決方案2：使用字節(jié)訂單標(biāo)記（BOM）

另一種方法是在每個(gè)數(shù)據(jù)之前包括一個(gè)幻數(shù)，例如0xFEFF。如果您讀取幻數(shù)并且它是0xFEFF，則表示數(shù)據(jù)與您的機(jī)器格式相同，一切都很好。

如果您讀取幻數(shù)并且它是0xFFFE（它是向后），則表示數(shù)據(jù)是以不同于您自己的格式寫入的。你必須翻譯它。

有幾點(diǎn)需要注意。首先，這個(gè)數(shù)字并不是真正的魔術(shù)，但程序員經(jīng)常使用這個(gè)術(shù)語來描述任意數(shù)字的選擇（BOM可能是任何不同字節(jié)的序列）。它被稱為字節(jié)順序標(biāo)記，因?yàn)樗硎敬鎯?chǔ)數(shù)據(jù)的字節(jié)順序。

其次，BOM會(huì)增加所有傳輸數(shù)據(jù)的開銷。即使您只發(fā)送2個(gè)字節(jié)的數(shù)據(jù)，也需要包含2個(gè)字節(jié)的BOM。哎喲!

Unicode 在存儲(chǔ)多字節(jié)數(shù)據(jù)時(shí)使用BOM（某些Unicode字符編碼每個(gè)字符可以有2個(gè)，3個(gè)甚至4個(gè)字節(jié)）。XML通過默認(rèn)情況下以UTF -8 存儲(chǔ)數(shù)據(jù)來避免這種混亂，它一次存儲(chǔ)一個(gè)字節(jié)的Unicode信息。為什么這很酷？

（第56次重復(fù)）“因?yàn)樽止?jié)序問題對(duì)單個(gè)字節(jié)無關(guān)緊要”。

你是對(duì)的。

同樣，BOM也會(huì)出現(xiàn)其他問題。如果您忘記包含BOM，該怎么辦？您是否認(rèn)為數(shù)據(jù)的格式與您自己的格式相同？您是否閱讀了數(shù)據(jù)并查看它是否“向后”（無論這意味著什么）并嘗試翻譯它？如果常規(guī)數(shù)據(jù)巧合地包含BOM會(huì)怎么樣？這些情況并不好玩。

為什么會(huì)出現(xiàn)Endian問題？我們不能相處嗎？

啊，這是一個(gè)多么哲學(xué)的問題。

每個(gè)字節(jié)順序系統(tǒng)都有其優(yōu)點(diǎn)。Little-endian機(jī)器允許您首先讀取最低字節(jié)，而不讀取其他字節(jié)。你可以很容易地檢查一個(gè)數(shù)字是奇數(shù)還是偶數(shù)（最后一位是0），如果你是這樣的話，這很酷。Big-endian系統(tǒng)將數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在內(nèi)存中的方式與我們?nèi)祟悓?duì)數(shù)據(jù)的思考方式（從左到右）相同，這使得低級(jí)調(diào)試更容易。

但為什么不是每個(gè)人都同意一個(gè)系統(tǒng)呢？為什么某些計(jì)算機(jī)必須嘗試與眾不同？

讓我回答一個(gè)問題：為什么不是每個(gè)人都說同一種語言？為什么有些語言從左到右書寫，有些語言從右到左書寫？

有時(shí)通信系統(tǒng)是獨(dú)立開發(fā)的，后來需要進(jìn)行交互。

結(jié)語：分手思考

Endian問題是一般編碼問題的一個(gè)例子 - 數(shù)據(jù)需要表示抽象概念，后來需要從數(shù)據(jù)創(chuàng)建概念。這個(gè)主題值得擁有自己的文章（或系列），但你應(yīng)該更好地理解endian問題。更多信息：