端序(英語:Endianness),又稱位元組順序,又稱尾序,在電腦科學領域中,指電腦記憶體中或在數字通訊鏈路中,組成多位元組的字位元組的排列順序。

在幾乎所有的機器上,多位元組對象都被儲存為連續的位元組序列。例如在C語言中,一個類型為int的變數x地址為0x100,那麼其對應地址表達式&x的值為0x100。且x的四個位元組將被儲存在電腦記憶體0x100, 0x101, 0x102, 0x103位置。[1]

位元組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,位元組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位元組序,所以均按照網絡標準轉化。

例如假設上述變數x類型為int,位於地址0x100處,它的值為0x01234567,地址範圍為0x100~0x103位元組,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,..。而小端法將是:0x100: 0x67, 0x101: 0x45,..

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「大頭派(Big-Endians)」和「小頭派(Little-Endians)」。以下是1726年關於大小端之爭歷史的描述:

1980年,丹尼·科恩(Danny Cohen),一位網絡協定的早期開發者,在其著名的論文"On Holy Wars and a Plea for Peace"中,為平息一場關於位元組該以什麼樣的順序傳送的爭論,而第一次參照了該詞。[2]

位元組順序 編輯

在哪種位元組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位元組順序規則,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,其實對於哪種位元組排序的選擇是任意的。

對於單一的位元組(a byte),大部分處理器以相同的順序處理位元,因此單位元組的存放方法和傳輸方式一般相同。

對於多位元組數據,如整數(32位元機中一般佔4位元組),在不同的處理器的存放方式主要有兩種,以記憶體中0x0A0B0C0D的存放方式為例,分別有以下幾種方式:

注: 0x字首代表十六進制。

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 ...

範例中,最高位位元組是0x0A 儲存在最低的記憶體地址處。下一個位元組0x0B存在後面的地址處。正類似於十六進制位元組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儲存在低位。

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 ...

最低位位元組是0x0D 儲存在最低的記憶體地址處。後面位元組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儲存在低位。

  • 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 儲存在最低的記憶體地址處。後面位元組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儲存在低位。

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被儲存為:

  • 32位元在PDP-11的儲存方式
地址增長方向  →
... 0x0B 0x0A 0x0D 0x0C ...

可以看作高16位元和低16位元以大端序儲存,但16位元內部以小端儲存。

處理器體系 編輯

網絡序 編輯

網絡傳輸一般採用大端序,也被稱之為網絡位元組序,或網絡序IP協定中定義大端序為網絡位元組序。

Berkeley通訊端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位元組序之間的轉換。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

一般用於描述串行裝置的傳輸順序。網絡協定中只有數據鏈路層的底端會涉及到。

小端序(先傳低位)的串行協定 編輯

大端序(先傳高位)的串行協定 編輯

參見 編輯

參考資料 編輯

  1. ^ 《深入理解電腦系統》 第2章 資訊的表示和處理 P26.
  2. ^ 《深入理解電腦系統》 第2章 資訊的表示和處理 P27.

外部連結 編輯