Порядок байтов — endianness

ОБЯЗАТЕЛЬНО

Инженеру

Endianness (порядок байтов) — правило, в каком порядке байты многобайтового числа записываются в память. Для одного и того же значения 0x00000006 (число 6 в 32‑битном слове) байты могут идти «от старшего» или «от младшего» — и это не видно при работе на одной машине, но ломает обмен бинарными данными между x86 и некоторыми сетевыми протоколами.

Термины big-endian и little-endian ввёл Danny Cohen (1980), отсылая к спору из «Путешествий Гулливера» Свифта — с какого конца разбивать яйцо. Классический пример проблемы — обмен структурой «строка + два int» между машинами с разным порядком байт.

---

Байт, слово, адрес

Термин	Смысл
Байт	8 бит; минимальная адресуемая ячейка в большинстве современных CPU
Слово	Несколько байт, с которыми работает команда (32 или 64 бита)
Адрес	Номер ячейки памяти; у слова один базовый адрес, внутри — несколько байт

32‑битное слово по адресу 0 занимает байты 0…3, 64‑битное — 0…7. Вопрос endianness — какой байт считается «первым» внутри слова.

---

Big-endian и little-endian

Режим	Порядок байтов в слове	Типичные платформы
Big-endian	Старший байт по младшему адресу (слева направо в диаграммах)	Старые SPARC, часть мэйнфреймов IBM, сетевые протоколы
Little-endian	Младший байт по младшему адресу	x86/x86-64, большинство ARM в режиме по умолчанию

Пример: 32‑битное число 6 (…00000110 в младших битах).

Адрес байта	0	1	2	3
Little-endian (Intel)	06	00	00	00
Big-endian (SPARC)	00	00	00	06

Число одно и то же для CPU своей архитектуры. Проблема начинается при копировании сырых байт на другую машину или при чтении файла, записанного на другой endianness.

---

Смешанные записи — строка и числа

Запись «Jim Smith, 21 год, отдел 260» в памяти часто выглядит так: строка (байты символов + нулевой терминатор до границы слова) + два int (возраст, номер отдела).

При передаче побайтно по сети без преобразования:

• Строка может отображаться зеркально (MIJ…), если порядок байт внутри слова «перепутался» относительно ожиданий;
• Целые числа умножаются на степени 256 — возраст 21 превращается в гигантское значение.

Универсального «просто перевернуть слово» нет: для строки нужен порядок символов, для int — иногда инверсия байт внутри слова. Поэтому в протоколах задают явный формат (JSON, Protobuf, TLV) или фиксированный network byte order.

---

Network byte order

В IP и многих бинарных протоколах multi-byte поля передают в big-endian (старший байт первым). В C для этого есть функции htons, htonl, ntohs, ntohl — host to network / network to host.

Ситуация	Практика
API по HTTP/JSON	Endianness не важен — текст и числа в десятичном виде
Сокеты, бинарные заголовки	Явное преобразование или стандарт big-endian
Файлы struct через fwrite	Не переносимы между архитектурами без соглашения
WASM, Java .class	Фиксированный порядок байт в формате файла

Подробнее про переносимость бинарных структур в C — в языке C.

---

Как проверить на своей машине

#include <stdio.h>

int main(void) {
    unsigned int x = 0x04030201;
    unsigned char *p = (unsigned char *)&x;
    if (p[0] == 0x01)
        puts("little-endian");
    else if (p[0] == 0x04)
        puts("big-endian");
    return 0;
}

На типичном ПК с Windows или Linux на x86-64 вывод будет little-endian.

---

Связь с архитектурой

Endianness — свойство ISA и реализации, а не «Windows vs Linux». Linux на ARM может быть little-endian; некоторые встраиваемые ядра — big-endian. При сравнении x86, ARM и RISC-V endianness входит в чек-лист переноса прошивки и протоколов.

Практическое правило

Текстовые форматы и JSON решают 99% задач без думания об endianness. Бинарные форматы и общая память между устройствами — всегда явная спецификация порядка байт.

---

Куда читать дальше

• RISC и CISC — семейства процессоров
• Многоуровневая организация — уровень ISA
• C — представление данных — union и байты в памяти