文章目录

• 1.主机字节序与网络字节序
• 2.字节序转换（Endian Conversions）

1.主机字节序与网络字节序

CPU 向内存保存数据的方式有 222 种，这意味着 CPU 解析数据的方式也分为 222 种：

• 大端序（Big Endian）：高位字节存放到低位地址。
• 小端序（Little Endian）：高位字节存放到高位地址。

例如，对于整数 0x123456780x123456780x12345678 来说，0x120x120x12 是最高位字节，0x780x780x78 是最低位字节。假设在 0x200x200x20 号开始的地址中保存 444 字节 int 类型数 0x123456780x123456780x12345678。

大端序 CPU 保存方式如下图所示：

小端序 CPU 保存方式如下图所示：

从以上分析可以看出，每种 CPU 的数据保存方式均不同。因此，代表 CPU 数据保存方式的主机字节序（Host Byte Order）在不同 CPU 中也各不相同。目前主流的 Intel 系列 CPU 以小端序方式保存数据。

接下来分析 222 台字节序不同的计算机之间数据传递过程中可能出现的问题，如下图所示。

在上图中，大端序系统传输数据 0x12340x12340x1234 时未考虑字节序问题，而直接以 0x120x120x12、0x340x340x34 的顺序发送。结果接收端以小端序方式保存数据，因此小端序接收的数据变成 0x34120x34120x3412，而非 0x12340x12340x1234。

正因如此，在通过网络传输数据时约定统一方式，这种约定称为网络字节序（Network Byte Order），非常简单：统一为大端序，即先把数据数组转化成大端序格式再进行网络传输。因此，所有计算机接收数据时应识别该数据是网络字节序格式，小端序系统传输数据时应转化为大端序排列方式。

2.字节序转换（Endian Conversions）

相信大家已经理解了 HelloWorld 服务器端和客户端为何要在填充 sockaddr_in 结构体前将数据转换成网络字节序。

接下来介绍帮助转换字节序的函数。

unsigned short htons(unsigned short);
unsigned short ntohs(unsigned short);
unsigned long htonl(unsigned long);
unsigned long ntohl(unsigned long);

通过函数名应该能掌握其功能，只需了解以下细节。

• h 代表主机（host）字节序
• n 代表网络（network）字节序
• s 指的是 short，l 指的是 long（Linux中long类型占用4个字节，这很关键）

因此，htons 是 h、to、n、s 的组合，可以解释为“把short型数据从主机字节序转化为网络字节序”。再举个例子，ntohs 可以解释为“把short型数据从网络字节序转化为主机字节序”。

通常，以 s 作为后缀的函数中，s 代表 222 个字节 short，因此用于端口号转换；以 l 作为后缀的函数中，l 代表 444 个字节，因此用于IP地址转换。

下面通过示例代码 endian_conv.c 说明以上函数的调用过程：

#include 
#include int main(int argc, char *argv[])
{// 各保存2个字节、4个字节的数据。当然，若运行程序的CPU不同，则保存的字节序也不同。unsigned short host_port = 0x1234;unsigned short net_port;unsigned long host_addr = 0x12345678;unsigned long net_addr;// 变量host_port和host_addr中的数据转化为网络字节序。若运行环境为小端序CPU，则按改变之后的字节序保存。net_port = htons(host_port);net_addr = htonl(host_addr);printf("Host ordered port: %#x\n", host_port);printf("Network ordered port: %#x\n", net_port);printf("Host ordered address: %#lx\n", host_addr);printf("Network ordered address: %#lx\n", net_addr);return 0;
}

编译运行：

gcc endian_conv.c -o conv
./conv

输出结果：

Host ordered port: 0x1234
Network ordered port: 0x3412
Host ordered address: 0x12345678
Network ordered address: 0x78563412

这就是在小端序 CPU 中运行的结果。如果在大端序 CPU 中运行，则变量值不会改变。大部分朋友都会得到类似的运行结果，因为 Intel 和 AMD 系列的 CPU 都采用小端序标准。

问：数据在传输之前都要经过转换吗？

答：也许有读者认为“既然数据传输采用网络字节序，那在传输前应直接把数据转换成网络字节序，接收的数据也需要转换成主机字节序再保存”。如果数据收发过程中没有自动转换机制，那当然需要程序员手动转换。这光想想就让人觉得可怕，难道真要强求程序员做这些事情吗？实际上没必要，这个过程是自动的。除了向 sockaddr_in 结构体变量填充数据外，其他情况无需考虑字节序问题。

问：我的系统是大端序的，为 sockaddr_in 结构体变量赋值前就不需要转换字节序了吧？

答：这么说也不能算错。但有必要编写与大端序无关的统一代码。这样，即使在大端序系统中，最好也经过主机字节序转换为网络字节序的过程。当然，此时主机字节序与网络字节序相同，不会有任何变化。