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通信协议中的大小端究竟是什么?

来源:CTO 日期:2024/4/1 8:24:56 阅读量:(0)

在物联网应用开发中,从嵌入式工程拿到的通信协议中经常会看到标明大小端模式,那么大小端究竟是什么?

大小端序

在通信协议中,大小端(Endian)是一个重要的概念,涉及到多字节数据(如整数、浮点数等)在内存中的存储方式。大小端序决定了数据的高位字节(Most Significant Byte,MSB)和低位字节(Least Significant Byte,LSB)在内存地址中的排列顺序。对于跨平台通信和数据交换至关重要,因为不同的硬件平台可能采用不同的字节序。

  1. 「大端(Big Endian)」:高位字节存储在内存的低地址处,低位字节存储在内存的高地址处。例如,一个16位的整数0x1234在大端模式下,在内存中的表示是0x12 0x34。
  2. 「小端(Little Endian)」:低位字节存储在内存的低地址处,高位字节存储在内存的高地址处。对于同一个16位的整数0x1234,在小端模式下,在内存中的表示是0x34 0x12。

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在通信协议中,必须明确指定使用哪种字节序,以确保发送方和接收方能够正确地解释数据。否则,如果发送方使用大端而接收方使用小端(或反之),那么在数据传输过程中就可能会出现混乱。

一种常见的做法是在通信协议中明确指定字节序,无论发送方和接收方的软件硬件平台如何,都可以确保数据的正确解释。也可能需要在通信协议中添加一些特定的标记或元数据,来指示数据的字节序,接收方就可以根据这些标记来动态地调整其字节序解释方式。

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例如,许多网络协议(如TCP/IP)使用大端序,而x86和x86_64等Intel架构则采用小端序。当进行跨平台通信时,字节序的不匹配可能会导致问题,通常需要在发送和接收数据时转换字节序。

在编程中,有时需要编写特定的代码来处理字节序的转换,以确保数据的正确解释。例如,在C语言中,可以使用htonl、ntohl、htons、ntohs等函数来处理网络字节序和主机字节序之间的转换。这些函数名称中的"h"代表host(主机),"n"代表network(网络),"s"代表short(短整型),"l"代表long(长整型)。

端序转换

在Java中,进行端序转换可以直接使用ByteBuffer类。ByteBuffer支持大端序(Big Endian)和小端序(Little Endian),并且可以在运行时动态地改变字节序。

对于整数类型(如int、short等),可以使用ByteBuffer的order()方法来设置字节序,然后使用putInt()、getShort()等方法来读写数据。

import java.nio.ByteBuffer;
import java.nio.ByteOrder;

public class EndianConversion {
    public static void main(String[] args) {
        int data1 = 0x12345678;
        short data2 = 0x1234;

        // 使用ByteBuffer进行端序转换
        ByteBuffer buffer1 = ByteBuffer.allocate(6); // 分配足够的空间
        ByteBuffer buffer2 = ByteBuffer.allocate(6);
        // 设置为小端序并写入数据
        buffer1.order(ByteOrder.LITTLE_ENDIAN);
        buffer1.putInt(data1);
        
        buffer2.order(ByteOrder.LITTLE_ENDIAN);
        buffer2.putShort(data2);

        // 翻转到大端序并读取数据
        buffer1.flip(); // 准备从缓冲区读取数据
        buffer1.order(ByteOrder.BIG_ENDIAN);
        int bigEndian1 = buffer1.getInt();
        
        buffer2.flip();
        buffer2.order(ByteOrder.BIG_ENDIAN);
        short bigEndian2 = buffer.getShort();

        System.out.println("原int值: " + Integer.toHexString(data1));
        System.out.println("大端模式int值: " + Integer.toHexString(bigEndian1));
        System.out.println("原short值: " + Integer.toHexString(data2 & 0xFFFF));
        System.out.println("大端模式short值: " + Integer.toHexString(bigEndian2 & 0xFFFF));
    }
}
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