エンディアン徹底解説！リトルエンディアンとビッグエンディアンの違いとは？

皆さんは、コンピュータ内部でデータがどのように格納されているかご存知でしょうか？普段意識することはありませんが、数字や文字などのデータは、コンピュータのメモリに「バイト」と呼ばれる単位で保存されています。そして、このバイトの並び順を決める方式をエンディアンといいます。

エンディアンには、ビッグエンディアンとリトルエンディアンという2つの方式があり、それぞれデータの並び方が異なります。この違いは、一見些細なことのように思えるかもしれません。しかし、プログラミングやネットワーク通信など、コンピュータの世界を深く理解する上で、エンディアンの知識は非常に重要になります。

この記事では、エンディアンとは何か、ビッグエンディアンとリトルエンディアンの違い、それぞれのメリットとデメリット、そしてコンピュータアーキテクチャへの影響などをわかりやすく解説していきます。図解や具体的な例も交えながら、読者の皆さんの理解を深めることを目指します。ぜひ最後までお付き合いください。

エンディアンとは？
ビッグエンディアンとリトルエンディアン
1. ビッグエンディアン
2. リトルエンディアン
エンディアンとコンピュータアーキテクチャ
エンディアンとネットワーク通信
エンディアンとプログラミング
ファイル形式
エンディアンを学ぶ重要性
まとめ
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エンディアンとは？

エンディアンとは、複数バイトのデータをメモリに格納する際のバイトの並び順を決める方式のことです。面白いことに、「エンディアン」という言葉の由来は、18世紀の作家ジョナサン・スウィフトの小説『ガリバー旅行記』に登場する、卵をどちらの端から割るかで争う小人たちの話に由来しています。[参考]

エンディアンには、主にビッグエンディアンとリトルエンディアンの2種類があります。

ビッグエンディアン: 最上位バイトから順にメモリに格納する方式です。
リトルエンディアン: 最下位バイトから順にメモリに格納されます。

例えば、「0x12345678」という4バイトのデータがあるとします。

ビッグエンディアンでは、「12 34 56 78」の順にメモリに格納されます。
リトルエンディアンでは、「78 56 34 12」の順にメモリに格納されます。

卵を例に挙げると、ビッグエンディアンは大きい方から、リトルエンディアンは小さい方から割るようなイメージです。

ビッグエンディアンとリトルエンディアン

ビッグエンディアン

ビッグエンディアンは、人間の感覚に近いデータの並び順です。例えば、1234という数字を紙に書くとき、私たちは左から1、2、3、4と数字を並べていきます。ビッグエンディアンでは、これと同じように、上位のバイトから順にメモリに格納されます。

メリット

データの並び順が人間の感覚と一致するため、デバッグなどがしやすい。
ネットワークプロトコルで標準的に採用されているため、ネットワーク通信に有利。

デメリット

算術演算や型変換など、一部の処理において効率が劣る場合がある。
エンディアンそのものがパフォーマンスに直接影響するわけではありませんが、適切なエンディアンを選択することで、特定の操作を最適化できる場合があります。

リトルエンディアン

リトルエンディアンは、ビッグエンディアンとは逆の並び順で、最下位のバイトからメモリに格納されます。

メリット

算術演算や型変換など、一部の処理において効率が良い。
x86アーキテクチャなど、多くのCPUで採用されている。

デメリット

データの並び順が人間の感覚と異なるため、デバッグなどがしにくい場合がある。

エンディアンとコンピュータアーキテクチャ

エンディアンは、CPUの設計やメモリ管理に影響を与えます。ビッグエンディアンを採用するCPUもあれば、リトルエンディアンを採用するCPUもあります。また、ARMのように、エンディアンを切り替えられるCPUも存在します。

エンディアンの違いは、異なるアーキテクチャ間でのデータ交換に影響を与えます。異なるエンディアンのシステム間でデータを交換する場合、送信側と受信側でデータの解釈が異なるため、誤った解釈やデータの破損が発生する可能性があります。そのため、互換性を確保するために、エンディアンの変換が必要となります。

また、エンディアンは並列コンピューティングにおいても重要な役割を果たします。複数のプロセッサまたはシステムが連携して動作する並列コンピューティング環境では、異なるノードまたはプロセッサ間でデータの整合性を保つために、一貫したバイト順序を確保することが不可欠です。

さらに、エンディアンは、異なるプロセッサアーキテクチャでのパフォーマンスにも影響を与える可能性があります。特定のタスクやアーキテクチャによっては、一方のエンディアン形式がもう一方よりも効率的な場合があります。ただし、エンディアン形式間の全体的なパフォーマンスの違いは、多くの場合、無視できる程度か、他の要因によって相殺されます。

エンディアンとネットワーク通信

ネットワーク通信では、ビッグエンディアンが標準的に採用されており、「ネットワークバイトオーダー」と呼ばれています。これは、異なるエンディアンのコンピュータが通信する際に、データの解釈を統一するためです。

例えば、インターネット通信では、RFC 1700やRFC 9293などの標準規格でビッグエンディアン形式（ネットワークバイトオーダー）の使用が定義されています。これにより、ネットワーク上のすべてのデバイスがデータを一貫して解釈し、エラーや誤通信を防ぐことができます。

エンディアンとプログラミング

C言語などのプログラミング言語では、エンディアンを意識する必要がある場合があります。特に、ネットワークプログラミングやバイナリファイルの読み書きを行う際には、エンディアンの変換が必要になることがあります。

例えば、C/C++でネットワークプログラミングを行う場合、htonlやntohlなどの関数を用いて、ホストバイトオーダーとネットワークバイトオーダー間の変換を行う必要があります。

#include <arpa/inet.h>

uint32_t data = 0x12345678;

// ホストバイトオーダーからネットワークバイトオーダーに変換
uint32_t network_data = htonl(data); 

// ネットワークバイトオーダーからホストバイトオーダーに変換
uint32_t host_data = ntohl(network_data);

また、Unicodeでは、バイトオーダーマーク (BOM) と呼ばれる特殊な文字バイトシーケンスを使用してエンディアンを識別します。BOMは、Unicodeテキストファイルの先頭に配置され、ファイルがビッグエンディアンまたはリトルエンディアンのどちらでエンコードされているかを示します。

さらに、Rustのような言語では、bincodeやpostcardなどのデータシリアライゼーションライブラリでエンディアンが使用されます。これらのライブラリでは、デフォルトでリトルエンディアンが使用されます。

エンディアンの分析や変更には、Wiresharkやhexエディタなどのツールを使用することができます。Wiresharkはネットワークパケットを分析し、エンディアンを確認することで、データが正しく解釈されていることを確認できます。hexエディタは、バイナリファイルのバイトオーダーを手動で検査および変更するために使用でき、データの配置方法を視覚的に理解することができます。