计算机如何存储大的数值的问题

来源:百度文库 编辑:16楼社区 时间:2020/10/26 20:25:50
Endianness 的问题实质就是关于计算机如何存储大的数值的问题。
我们知道一个基本存储单元可以保存一个字节,每个存储单元对应一个地址。对于大于十进制255(16进制0xff)的整数,需要多个存储单元。例如,4660对应于0x1234,需要两个字节。不同的计算机系统使用不同的方法保存这两个字节。在我们常用的PC机中,低位的字节0x34保存在低地址的存储单元,高位的字节0x12保存在高地址的存储单元;而在Sun工作站中,情况恰恰相反,0x34位于高地址的存储单元,0x12位于低地址的存储单元。前一种就被称为Little Endian,后一种就是Big Endian。
如何记住这两种存储模式?其实很简单。首先记住我们所说的存储单元的地址总是由低到高排列。对于多字节的数值,如果先见到的是低位的字节,则系统就是Little Endian的,Little 就是"小,少"的意思,也就对应"低"。相反就是Big Endian,这里 Big "大"对应"高"。
为了加深对Endianness的理解,让我们来看下面的C程序例子:
char a = 1;
char b = 2;           地址偏移量  内存映像
short c = 255; /* 0x00ff */          0x0000:  01 02 FF 00
long d = 0x44332211;            0x0004:  11 22 33 44
在右侧我们可以见到在基于Intel 80x86的系统上的内存映像,显然我们可以马上判定这一系统是Little Endian的。对于16位的整形数(short)c,我们先见到其低位的0xff,下一个才是0x00。同样对于32位长整形数(long)d,在最低的地址0x0004存的是最低位字节0x11。如果是在Big Endian的计算机中,则地址偏移量从0x0000到0x0007的整个内存映像将为:01 02 00 FF 44 33 22 11。
所有计算机处理器都必须在这两种Endian间作出选择。但某些处理器(如MIPS和IA-64)支持两种模式,可由编程者通过软件或硬件设置一种Endian。以下是一个处理器类型与对应的Endian的简表:
纯Big Endian: SunSPARC,Motorola 68000,Java Virtual MachineBi-Endian, 运行Big Endian模式:MIPS运行IRIX,PA-RISC,大多数Power和PowerPC系统Bi-Endian, 运行Little Endian模式:MIPS  运行Ultrix,大多数DECAlpha,IA-64运行LinuxLittle Endian:Intel x86,AMD64,DECVAX如何在程序中检测本系统的Endianess?可调用下面的函数来快速验证,如果返回值为1,则为Little Endian;为0则是Big Endian:int testendian() {
int x = 1;
return *((char *)&x);
}
Endianness对于网络通信也很重要。试想当Little Endian系统与Big Endian的系统通信时,如果不做适当处理,接收方与发送方对数据的解释将完全不一样。比如对以上C程序段中的变量d,Little Endian发送方发出11 22 33 44四个字节,Big Endian接收方将其转换为数值0x11223344。这与原始的数值大相径庭。为了解决这个问题,TCP/IP协议规定了专门的"网络字节次序",即无论计算机系统支持何种Endian,在传输数据时,总是数值最高位的字节最先发送。从定义可以看出,网络字节次序其实是对应Big Endian的。
为了避免因为Endianness造成的通信问题,及便于软件开发者编写易于平台移植的程序,特别定义了一些C语言预处理的宏来实现网络字节与主机字节次序之间的相互转换。htons()和htonl()用来将主机字节次序转成网络字节次序,前者应用于16位无符号数,后者应用于32位无符号数。ntohs()和ntohl()实现反方向的转换。这四个宏的原型定义可参考如下(Linux系统中可在netinet/in.h文件里找到):
#if defined(BIG_ENDIAN) && !defined(LITTLE_ENDIAN)#define htons(A) (A)#define htonl(A) (A)#define ntohs(A) (A)#define ntohl(A) (A)#elif defined(LITTLE_ENDIAN) && !defined(BIG_ENDIAN)#define htons(A) ((((uint16)(A) & 0xff00) >> 8) | (((uint16)(A) & 0x00ff) << 8))#define htonl(A) ((((uint32)(A) & 0xff000000) >> 24) | (((uint32)(A) & 0x00ff0000) >> 8) | (((uint32)(A) & 0x0000ff00) << 8) | (((uint32)(A) & 0x000000ff) << 24))#define ntohs htons#define ntohl htohl#else#error "Either BIG_ENDIAN or LITTLE_ENDIAN must be #defined, but not both."#endif