Порядок байтів — Вікіпедія

Ця стаття потребує додаткових посилань на джерела для поліпшення її перевірності. Будь ласка, допоможіть удосконалити цю статтю, додавши посилання на надійні (авторитетні) джерела. Зверніться на сторінку обговорення за поясненнями та допоможіть виправити недоліки. Матеріал без джерел може бути піддано сумніву та вилучено.

Порядок байтів (англ. Endianness, byte order) — метод запису байтів багатобайтових чисел в інформатиці. У програмуванні, інформація в пам'яті зазвичай зберігається у двійкових даних, розділена на 8 біт (один байт).

У загальному випадку, для представлення числа M, більшого 255 (${\displaystyle 255=2^{8}-1}$ — максимальне ціле число, що записується одним октетом), доводиться використовувати декілька байтів-октетів. При цьому число M записується в позиційній системі числення за основою 256:

${\displaystyle M=\sum _{i=0}^{n}A_{i}\cdot 256^{i}=A_{0}\cdot 256^{0}+A_{1}\cdot 256^{1}+A_{2}\cdot 256^{2}+\dots +A_{n}\cdot 256^{n}.}$

Набір цілих чисел ${\displaystyle A_{0},\dots ,A_{n}}$ кожне з яких лежить в інтервалі від 0 до 255, є послідовністю байтів, складових числа M. при цьому ${\displaystyle A_{0}}$називається молодшим байтом, а ${\displaystyle A_{n}}$ — старшим байтом числа M.

В англійській мові терміни big-endian і little-endian запозичено у Джонатана Свіфта з його сатиричного твору Мандри Гуллівера, де описуються держави Ліліпутія та Блефуску, що вели між собою нескінченні війни через розбіжність із якого кінця слід розбивати варені яйця: з «гострого» (англ. little-endian) чи з «тупого» (англ. big-endian).

Порядок від старшого до молодшого або (англ. big-endian, дослівно: «тупокінцевий»): ${\displaystyle A_{n},\dots ,A_{0}}$. Запис починається зі старшого байту й закінчується молодшим. Так записують числа на папері й цей порядок є стандартним для протоколів TCP/IP, він застосовується в заголовках пакетів даних і в багатьох протоколах вищого рівня, розроблених для застосування поверх TCP/IP. Тому, порядок байтів від старшого до молодшого часто називають мережевим порядком байтів (англ. network byte order). Обробку чисел із таким порядком байтів апаратно реалізовано в комп'ютерах IBM System/360, IBM System/370, IBM System/390, Motorola 68000, SPARC (звідси третя назва — порядок байтів Motorola, Motorola byte order).

Порядок від молодшого до старшого або (англ. little-endian, дослівно: «гострокінцевий»): ${\displaystyle A_{0},\dots ,A_{n}}$, запис починається з наймолодшого байту й закінчується найстаршим. Такий порядок запису прийнятий у пам'яті комп'ютерів з процесорами Intel, у яких його було апаратно реалізовано, у зв'язку з чим іноді його називають «інтелівський» порядок байтів (за назвою фірми-розробника архітектури x86). Подекуди, наприклад, у документації Perl, вживається назва «VAX order»^[1].

Такий порядок застосовується в USB, конфігурації PCI, таблиця розділів GUID, рекомендаціях FidoNet, однак маловживаний у крос-платформних протоколах і форматах даних.

Деякі процесори можуть працювати і з порядком від молодшого до старшого, і зі зворотнім, наприклад, ARM, PowerPC (але не PowerPC 970), DEC Alpha, MIPS, PA-RISC і IA-64. Зазвичай порядок байтів вибирається програмно під час ініціалізації операційної системи, але може бути вибраний і апаратними перемичками на материнській платі. У цьому випадку правильніше говорити про порядок байтів операційної системи. Змінюваний порядок байтів іноді називають англ. bi-endian.

Змішаний порядок байтів (англ. middle-endian) іноді застосовується при роботі з числами, довжина яких перевищує машинне слово. У машинному слові байти зберігаються в порядку, природному для даної архітектури, але самі слова йдуть у зворотному порядку.

Класичний приклад middle-endian — представлення 4-байтних цілих чисел на 16-бітних процесорах сімейства PDP- 11 (відомий як PDP-endian) . Для представлення двобайтних значень (слів) застосовувався апаратний порядок: спочатку молодший байт, потім — старший. Але в подвійному (4-байтному) слові записувалося спочатку старше слово, а потім молодше.

У процесорах VAX і ARM застосовується змішаний порядок для довгих дійсних чисел.

Далі наведено приклад, в якому описується розміщення 4-байтового числа в ОЗП ЕОМ, доступ до якого може здійснюватися і як до 32-розрядного слова, так і побайтово.

Всі числа записані в 16-ковій системі числення.

Істотною перевагою little-endian у порівнянні з big-endian вважається^{[джерело?]} можливість «неявної типізації» цілих чисел при читанні меншого обсягу байт (за умови, що прочитане число вміщується в діапазон). Так, якщо в комірці пам'яті міститься число 0x00000022, то прочитавши один байт отримаємо число 0x22, прочитавши два байти (int16) — число 0x0022 і т.д. Однак, це ж може вважатися одночасно недоліком, тому що може спричинити помилки втрати даних.

Недоліком little-endian (у порівнянні з big-endian) вважається^{[джерело?]} «неочевидність» значення байтів пам'яті, наприклад, при налагодженні: послідовність байтів (A1, B2, C3, D4) означає число 0xD4C3B2A1, тоді як у big-endian ця послідовність (A1, B2, C3, D4) читається «природним» для арабського запису чисел чином — 0xA1B2C3D4. Найменш зручним у роботі вважається middle-endian формат запису. Він зберігся тільки на старих платформах. Для запису довгих чисел (чисел, довжина яких істотно перевищує розрядність машини) зазвичай переважає порядок слів little-endian (оскільки більшість арифметичних операцій над довгими числами здійснюються від молодших розрядів до старших). Порядок байтів в слові — звичайний для такої архітектури.

Запис багатобайтового числа з пам'яті комп'ютера в файл або передача по мережі потребує дотримання відповідностей про те, який з байтів є старшим, а який молодшим. Прямий запис комірок пам'яті призводить до можливих проблем при перенесенні додатку з платформи на платформу.

Порядок байтів в конкретній машині можна визначити за допомогою програми на мові Сі (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; } 

Вивід даної програми має сенс тільки на платформах, де розмір типу unsigned short більший, ніж розмір типу unsigned char. Це правильно на переважній більшості комп'ютерів, оскільки вони мають 8-розрядний байт. Однак існують і апаратні платформи, в яких розмір байта рівний розміру слова (або, в термінах мови C: sizeof (char) == sizeof (int)). Наприклад, в суперкомп'ютерах Cray.

Результати запуску на big-endian машині (SPARC):

 $ uname -m  sparc64  $ gcc -o testendian testendian.c   $ ./testendian   big-endian 

Результати запуску на little-endian машині (x86):

 $ uname -m  i386  $ gcc -o testendian testendian.c   $ ./testendian   little-endian 

Зберігання дійсних чисел може залежати від порядку байт; так, на x86 використовуються формати IEEE 754 зі знаком і порядком числа в старших байтах.

Якщо Юнікод записаний у вигляді UTF-16 або UTF-32, то порядок байтів є суттєвим. Одним із способів позначення порядку байтів в юнікодових текстах є встановлення на початку спеціального символу BOM (byte-order mark), маркер послідовності байтів, U+FEFF — «перевернутий» варіант цього символу (U+FFFE) не існує і не допускається в текстах.

Символ U+FEFF зображується в UTF-16 послідовністю байтів 0xFE 0xFF (big-endian) або 0xFF 0xFE (little-endian), а в UTF-32 — послідовністю 0x00 0x00 0xFE 0xFF (big-endian) або 0xFF 0xFE 0x00 0x00 (little-endian).

Для перетворення між мережним порядком байтів (англ. network byte order), який завжди у форматі big-endian, і порядком байтів, що використовується на машині (англ. host byte order), стандарт POSIX передбачає функції htonl (), htons (), ntohl (), ntohs ():

• uint32_t htonl (uint32_t hostlong); — конвертує 32-бітну беззнакову величину з локального порядку байтів в мережевій;
• uint16_t htons (uint16_t hostshort); — конвертує 16-бітну беззнакову величину з локального порядку байтів в мережевій;

• uint32_t ntohl (uint32_t netlong); — конвертує 32-бітну беззнакову величину з мережевого порядку байтів в локальний;
• uint16_t ntohs (uint16_t netshort); — конвертує 16-бітну беззнакову величину з мережевого порядку байтів в локальний.

У разі збігу поточного порядку байтів і мережевого, функції можуть бути «порожніми» (тобто, не змінювати порядку байтів). Стандарт також допускає, щоб ці функції були реалізовані макросами.

Існує багато мов і бібліотек із засобами конвертації в обидва основні порядку байт і навпаки.

Ядро Linux: le16_to_cpu (), cpu_to_be32 (), cpu_to_le16p (), і так далі;

Ядро FreeBSD: htobe16 (), le32toh (), і так далі;

Erlang:

 <<Count:32/big-unsigned-integer, Average:64/big-float>> = Chunk   Message = <<Length:32/little-unsigned-integer,         MType:16/little-unsigned-integer, MessageBody>> 

Python:

 import struct  Count, Average = struct.unpack(">Ld", Chunk)  Message = struct.pack("<LH", Length, MType) + MessageBody 

Perl:

 ($Count, $Average) = unpack('L>d>', $Chunk);  $Message = pack('(LS)<', $Length, $MType) . $MessageBody;  (або те ж саме: $Message = pack('Vv', $Length, $MType) . $MessageBody;) 

дані приклади для Erlang, Python, Perl містять ідентичну функціональність.

• http://encyclopedia2.thefreedictionary.com/byte+order