Порядок байтов
Материал из Википедии — свободной энциклопедии
Поря́док ба́йтов в информатике — метод записи байтов многобайтовых чисел.
В общем случае, когда нужно компактно записать число, большее 255 (28 − 1 = 255 — максимальное целое число, записываемое одним байтом (октетом)) необходимо использовать несколько байт. Число M факторизуется по основанию 256:
Набор чисел 
и является последовательностью байт для записи.
Содержание |
[править] Варианты записи
[править] Порядок от младшего к старшему
Порядок от младшего к старшему (англ. little-endian, о происхождении термина ниже): , запись начинается с младшего и заканчивается старшим. Этот порядок записи принят в памяти персональных компьютеров с x86-процессорами, в связи с чем, иногда, его называют интеловский порядок байт (по названию фирмы-создателя архитектуры x86).
[править] Порядок от старшего к младшему
Порядок от старшего к младшему (англ. big-endian): 
, запись начинается со старшего и заканчивается младшим. Этот порядок является стандартным для протоколов TCP/IP, он используется в заголовках пакетов данных и во многих протоколах более высокого уровня, разработанных для использования поверх TCP/IP. Поэтому, порядок байтов от старшего к младшему часто называют сетевым порядком байтов (англ. network byte order). Этот порядок байт используется процессорами IBM 360/370/390, Motorola 68000, SPARC.
В этом же виде (но с факторизацией по основанию 10) записываются числа индийско-арабскими цифрами.
[править] Переключаемый порядок
Многие процессоры могут работать и в порядке от младшего к старшему, и в обратном, такие как ARM, PowerPC (но не PowerPC 970), DEC Alpha, MIPS, PA-RISC и IA-64. Обычно порядок байтов выбирается программно во время инициализации операционной системы, но может быть выбран и аппаратно перемычками на материнской плате. В этом случае правильнее говорить о порядке байтов операционной системы. Переключаемый порядок байтов иногда называют англ. bi-endian или bytesexual (слово-пародия на bisexual - бисексуальный).
[править] Смешанный порядок
Смешанный порядок байтов (англ. middle-endian) иногда используется при работе с числами, длина которых превышает машинное слово. Производится факторизация числа на машинные слова, которые записываются в формате, естественном для данной архитектуры, но сами слова записываются в обратном порядке.
Классический пример middle-endian — представление 4-хбайтных целых чисел на 16-битных процессорах семейства PDP-11 (известен как PDP-endian). Для представления двухбайтных значений использовался порядок big-endian, но 4-хбайтное двойное слово записывалось от младшего слова к старшему.
В процессорах VAX и ARM используется смешанное представление для длинных вещественных чисел.
[править] Пример
Далее приведён пример, в котором описывается размещение 4-байтового числа в ОЗУ ЭВМ, доступ к которому может производиться как к 32-разрядному слову, так и побайтно.
Все числа записаны в 16-тиричной системе счисления.
Число: 0xA1B2C3D4 Факторизация : D4 + C3*100 + B2*10000 + A1*1000000 Порядок от младшего к старшему (litte-endian) : 0xD4, 0xC3, 0xB2, 0xA1 Порядок от старшего к младшему (big-endian) : 0xA1, 0xB2, 0xC3, 0xD4 Порядок, принятый в PDP-11 (PDP-endian) : 0xB2, 0xA1, 0xD4, 0xC3
[править] Сравнение
Существенным достоинством little-endian по сравнению с big-endian порядком записи считается возможность «неявной типизации» целых чисел при чтении меньшего объёма байт (при условии, что читаемое число помещается в диапазон). Так, если в ячейке памяти содержится число 0x00000022, то прочитав его как int16 (два байта) мы получим число 0x0022, прочитав один байт — число 0x22.
Обратно, считается что у little-endian, по сравнению с big-endian есть «неочевидность» значения байтов памяти при отладке (последовательность байт (33, 44, 55, 12) на самом деле значит 0x12554433, для big-endian эта последовательность (33, 44, 55, 12) читалась бы «естественным» для арабской записи чисел образом: 0x33445512). Наименее удобным в работе считается middle-endian формат записи; он сохранился только на старых платформах.
[править] Проблемы совместимости
Запись многобайтового числа из памяти компьютера в файл или передача по сети требует соблюдения соглашений о том, какой из байтов является старшим, а какой младшим. Прямая запись ячеек памяти приводит в возможным проблемам при переносе приложения с платформы на платформу.
[править] Определение порядка байтов
Порядок байтов в конкретной машине можно определить с помощью программы на языке Си (testendian.c):
#include <stdio.h>
unsigned short x = 1; /* 0x0001 */
int main(void)
{
printf("%s\n", *((unsigned char *) &x) == 0 ? "big-endian" : "little-endian");
return 0;
}
Результаты запуска на big-endian машине (SPARC)
$ cat /proc/cpuinfo | grep ^cpu cpu : TI UltraSparc IIi $ gcc -o testendian testendian.c $ ./testendian big-endian
Результаты запуска на little-endian машине (x86)
$ cat /proc/cpuinfo | grep '^model name' model name : Intel(R) Pentium(R) 4 CPU 2.66GHz $ gcc -o testendian testendian.c $ ./testendian little-endian
[править] Конвертация
Для преобразования между сетевым порядком байт (англ. network byte order), который всегда big-endian, и порядком байт, использующимся на машине (англ. host byte order), стандарт POSIX предусматривает функции htonl(), htons(), ntohl(), ntohs():
uint32_t htonl(uint32_t hostlong);— конвертирует из текущего порядка байт в сетевой 32-битную беззнаковую величину;uint16_t htons(uint16_t hostshort);— конвертирует из текущего порядка байт в сетевой 16-битную беззнаковую величину;uint32_t ntohl(uint32_t netlong);— конвертирует из сетевого порядка байт в текущий 32-битную беззнаковую величину;uint16_t ntohs(uint16_t netshort);— конвертирует из сетевого порядка байт в текущий 16-битную беззнаковую величину.
В случае совпадения текущего порядка байт и сетевого, функции могут быть «пустыми» (то есть, не менять порядка байт). Стандарт так же допускает, чтобы эти функции были реализованы макросами.
[править] Интересные факты
- Термины big-endian и little-endian первоначально не имели отношения к информатике. В сатирическом произведении Джонатана Свифта «Путешествия Гулливера» описываются вымышленные государства Лилипутия и Блефуску, в течение многих лет ведущие между собой войны из-за разногласия по поводу того, с какого конца следует разбивать варёные яйца. Тех, кто считает, что их нужно разбивать с тупого конца, в произведении называют «Big-endians» («тупоконечники»). Споры между сторонниками big-endian и little-endian в информатике также часто носят характер «религиозных войн».
[править] Источники
- Описание сетевого порядка байтов, функций htons(), htonl(), ntohs(), ntohl() [1]
- Описание порядка байтов [2]
- Описание порядка байтов [3]
[править] См. также
 |
Эта статья входит в число хороших статей русскоязычного раздела Википедии. |
