C语言中的大小端字节序

本文介绍了C语言中大小端字节序的概念,解释了为何存在大小端之分,并详细阐述了与网络字节序相关的htonl、htons、ntohs和ntohl四个函数的使用,最后提供了一个程序用于判断主机字节序。

C语言中数据是存储在内存中的,而内存空间又被划分为以字节为单位的连续地址空间,那么,我们定义的变量是在内存中如何存储的呢。我们把变量在内存中的存储分为两种,大端字节序存储与小端字节序存储。

网络字节序都是大端字节序
主机字节序看本身电脑的情况,有可能是大端有可能是小端

1.大小端的概念

大小端字节序的概念其实非常简单,小端字节序无非就是高地址高内存,低地址低内存。大端字节序就是反过来,高地址低内存,低地址高内存。数据的低字节存储在低地址处,高字节存储在高地址处。数据的低字节存储在高地址处,高字节存储在低地址处。

2.为什么有大小端之分

在计算机系统中,我们是以字节为单位的,每个地址单元都对应着⼀个字节,⼀个字节为8bit。然而在C语言中了8bit的char之外,还有 16bit(2字节)的short型, 32bit(4字节)的long型、int型(要看具体的编译器)。另外,对于位数⼤于8位的处理 器,例如16位或者32位的处理器,由于寄存器宽度⼤于⼀个字节,那么必然存在着⼀个如何将多个字节安排的问题。由此大端和小端就出现了。

比如:⼀个16bit的 short型w,它的值为0x1122,那么它的高字节为0x11,低字节为0x22。它在内存中的地址为0x0010。
如果为大端字节序:高字节0x11就存放在低地址0x0010中,低字节0x22就要存放在比0x0010高的地址0x0011中。小端则相反。

3.相关函数

htonl ntohl htons ntohs
h代表host,主机字节序 n代表net,网络字节序

这几个函数用到的头文件

#include <arpa/inet.h>
3.1htonl()函数

函数原型:uint32_t htonl(uint32_t hostlong)

  • hostlong是主机字节顺序表达的32位数,htonl中的h–host主机地址,to–to,n–net网络,l–unsigned long无符号的长整型(32位的系统是4字节);
  • 函数返回值是一个32位的网络字节顺序;
  • 函数的作用是将一个32位数从主机字节顺序转换成网络字节顺序。
3.2htons()函数

函数原型:uint16_t htons(uint16_t hostlong)

  • hostlong是主机字节顺序表达的16位数,htons中的h–host主机地址,to–to,n–net网络,s–signed long无符号的短整型
### C语言实现大小字节序转换的示例代码 以下是一个完整的C语言程序,用于判断当前系统的字节序并进行大小端字节序的转换。此代码结合了引用中的方法[^1]和[^2]。 #### 判断系统字节序 通过定义一个`unsigned int`类型的变量,并将其地址转换为`char*`指针来判断系统的字节序。如果低地址存储的是值`1`,则系统为小端字节序;否则为大端字节序。 ```c #include <stdio.h> // 判断当前系统的字节序 int check_endian() { unsigned int x = 1; char *c = (char*)&x; // 如果低地址存储的是1,则为小端字节序 return (*c == 1); } ``` #### 字节序转换函数 对于32位整数,可以通过位操作将字节顺序反转,从而实现大小端字节序的转换。 ```c // 字节序转换函数 unsigned int swap_endian(unsigned int num) { unsigned int result = 0; result |= (num & 0x000000FF) << 24; // 最低字节移到最高位 result |= (num & 0x0000FF00) << 8; // 第二个字节左移8位 result |= (num & 0x00FF0000) >> 8; // 第三个字节右移8位 result |= (num & 0xFF000000) >> 24; // 最高字节移到最低位 return result; } ``` #### 测试用例 在`main`函数中,测试上述字节序判断和转换功能。 ```c int main() { unsigned int num = 0x12345678; // 判断当前机器的字节序 if (check_endian()) { printf("Current system is Little Endian.\n"); } else { printf("Current system is Big Endian.\n"); } printf("Original number: 0x%X\n", num); // 字节序转换 unsigned int swapped_num = swap_endian(num); printf("Swapped number: 0x%X\n", swapped_num); return 0; } ``` #### 使用标准库函数进行字节序转换 C语言的标准库提供了几个常用的字节序转换函数,如`htonl()`、`htons()`、`ntohl()`和`ntohs()`。这些函数可以用来在网络通信中进行主机字节序网络字节序之间的转换[^4]。 ```c #include <stdio.h> #include <stdint.h> #include <arpa/inet.h> // 包含htonl, ntohl等函数 int main() { uint32_t host_order = 0x12345678; uint32_t network_order = htonl(host_order); // 主机字节序网络字节序 uint32_t back_to_host = ntohl(network_order); // 网络字节序转主机字节序 printf("Host order: 0x%X\n", host_order); printf("Network order: 0x%X\n", network_order); printf("Back to host order: 0x%X\n", back_to_host); return 0; } ``` ### 注意事项 - 字节序转换在涉及网络通信或跨平台文件读写时尤为重要[^3]。 - 移位运算符的行为与字节序无关,但在某些特殊情况下可能引发未定义行为[^5]。
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