[c 语言] 大端，小端；网络序，主机序

在网络编程中，特别是底层网卡驱动开发时，常常遇到字节序问题。字节序指的是多字节数据类型在内存中存放的顺序，高位保存在低地址还是高地址，以此来划分大端还是小端。

1 大端和小端

大端和小端指的是 cpu 的属性，常见的 intel 的 x86 cpu 是小端的，mips 架构的 cpu 是大端的。

假设有一个 int 类型的数据，值为 0x12345678，保存在地址 0x400 ~ 0x403 这 4 个字节的位置。

大端：

在大端 cpu 上，存储情况如下图所示，高位存储在低地址。0x12 是高位，存储在地址 0x400 上；0x78 是低位，存储才 0x403 上。

小端：

小端与大端相反，高位存储在高地址。0x12 是高位，存储在 0x403；0x78 是低位，存储在 0x400。

注：

（1）大端更符合我们直观的阅读顺序以及平时的习惯

（2）大端，小端，指的是字节序，大小端不同，字节存储顺序是不一样的。

大端，小端并不影响一个字节内部的 bit 的顺序。

对于一个字节的数据类型，比如 char，不受大端还是小端的影响。

（2）无论是大端序还是小端序，对于上边这个 int 类型的数据来书，这个数据的地址都是 0x400，即数据所在内存空间的低地址

如何判断大端还是小端？

如下代码可以判断大端还是小端，使用 union 数据结构的特点，union test 中有两个成员，一个是 char 类型，一个是 int 类型，union 占用 4 个字节，char 类型保存在 4 个字节的低地址。

如果 a 是 0x12，说明高位数据保存在了低地址，是大端；否则，是小端。

#include <stdlib.h>
#include <stdio.h>
#include <string.h>int main() {union test {char a;int b;};union test t;t.b = 0x12345678;if (t.a == 0x12) {printf("大端\n");} else {printf("小端\n");}return 0;
}

程序编译之后运行，打印小端，与 lscpu 查看到的信息是一致的。

2 网络序和主机序

网络序与大端序是一致的，不管机器是大端的还是小端，发向网络的数据以及从网络中接收的数据都是大端的。大端，网络序与我们平时的思维习惯是一致的。

网络序规定，收到的数据的第一个字节是高位。在数据的发送侧是从低地址发送数据，接收侧先到来的数据也是存储在低地址。所以高位存储在低地址，网络序和大端是一致的。

主机序与 cpu 有关，可能是大端的，也可能是小端的。

3 转换函数

linux 下的 <arpa/inet.h> 头文件中提供了 4 个函数。4 个函数中的 h 表示 host，主机序；n 表示 net，网络序；l 针对的是 u32 的数据；s 针对的是 u16 的数据。htonl 就是将 32 位的数据从主机序转化为网络序。

uint32_t htonl(uint32_t hostlong);

uint16_t htons(uint16_t hostshort);

uint32_t ntohl(uint32_t netlong);

uint16_t ntohs(uint16_t netshort);

#include <stdlib.h>
#include <stdio.h>
#include <string.h>
#include <arpa/inet.h>int main() {unsigned int a = 0x12345678;unsigned short b = 0x1234;printf("unsigned int 0x%x, host to net: 0x%x\n", a, htonl(a));printf("unsigned int 0x%x, net to host: 0x%x\n", a, ntohl(a));printf("unsigned short 0x%x, host to net: 0x%x\n", b, htons(b));printf("unsigned short 0x%x, net to host: 0x%x\n", b, ntohs(b));return 0;
}

怎么对 64 位数据进行字节序转换？

如下代码实现了 64 位数据的字节序转换。最容易出错的是函数的最后一行 return (unsigned long)(((unsigned long)net_low << 32) | net_high);，其中 net_low 需要使用 unsigned long 进行转换，否则会发生数据丢失。

#include <stdlib.h>
#include <stdio.h>
#include <string.h>
#include <arpa/inet.h>unsigned long htonll(unsigned long host_ul) {unsigned int host_ul_low = host_ul & 0x00000000ffffffff;unsigned int host_ul_high = host_ul >> 32;printf("1, low = 0x%x, high = 0x%x\n", host_ul_low, host_ul_high);unsigned int net_low = htonl(host_ul_low);unsigned int net_high = htonl(host_ul_high);printf("2, low = 0x%x, high = 0x%x\n", net_low, net_high);return (unsigned long)(((unsigned long)net_low << 32) | net_high);
}int main() {unsigned long a = 0x1122334455667788;printf("0x%llx\n", htonll(a));return 0;
}

运行结果如下：