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理解计算机字节序

    1. 计算机硬件有两种储存数据的方式:大端字节序(big endian)和小端字节序(little endian)。

        举例来说,数值0x2211使用两个字节储存:高位字节是0x22,低位字节是0x11。

    • 大端字节序:高位字节在前,低位字节在后,这是人类读写数值的方法。

    • 小端字节序:低位字节在前,高位字节在后,即以0x1122形式储存。

    1-2005111U444P2.png

    同理,0x1234567的大端字节序和小端字节序的写法如下图。

    1-2005111U51A94.png

    2. 我一直不理解,为什么要有字节序,每次读写都要区分,多麻烦!统一使用大端字节序,不是更方便吗?

        上周,我读到了一篇文章,解答了所有的疑问。而且,我发现原来的理解是错的,字节序其实很简单。

    3. 首先,为什么会有小端字节序?

        答案是,计算机电路先处理低位字节,效率比较高,因为计算都是从低位开始的。所以,计算机的内部处理都是小端字节序。

        但是,人类还是习惯读写大端字节序。所以,除了计算机的内部处理,其他的场合几乎都是大端字节序,比如网络传输和文件储存。

    4. 计算机处理字节序的时候,不知道什么是高位字节,什么是低位字节。它只知道按顺序读取字节,先读第一个字节,再读第二个字节。

        如果是大端字节序,先读到的就是高位字节,后读到的就是低位字节。小端字节序正好相反。

        理解这一点,才能理解计算机如何处理字节序。

    5. 字节序的处理,就是一句话:

        "只有读取的时候,才必须区分字节序,其他情况都不用考虑。"

        处理器读取外部数据的时候,必须知道数据的字节序,将其转成正确的值。然后,就正常使用这个值,完全不用再考虑字节序。

        即使是向外部设备写入数据,也不用考虑字节序,正常写入一个值即可。外部设备会自己处理字节序的问题。

    6. 举例来说,处理器读入一个16位整数。如果是大端字节序,就按下面的方式转成值。

    x = buf[offset] * 256 + buf[offset+1];

    上面代码中,buf是整个数据块在内存中的起始地址,offset是当前正在读取的位置。第一个字节乘以256,再加上第二个字节,就是大端字节序的值,这个式子可以用逻辑运算符改写。

    x = buf[offset]<<8 | buf[offset+1];

    上面代码中,第一个字节左移8位(即后面添8个0),然后再与第二个字节进行或运算。

    如果是小端字节序,用下面的公式转成值。

    x = buf[offset+1] * 256 + buf[offset];

    32位整数的求值公式也是一样的。

    /* 大端字节序 */
    i = (data[3]<<0) | (data[2]<<8) | (data[1]<<16) | (data[0]<<24);
    
    /* 小端字节序 */
    i = (data[0]<<0) | (data[1]<<8) | (data[2]<<16) | (data[3]<<24);

以上内容,参考http://www.ruanyifeng.com/blog/2016/11/byte-order.html

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