C/C++位元組序的深入理解

2022-02-20 13:00:08

位元組序

最近在看 redis 的記憶體編碼，裡面涉及到位元組序相關的內容。這裡就當複習一下，做個簡單的回顧。

資料儲存在記憶體中，是以位元組為單位的，如果是單位元組資料（如char、unsigned char、int8）就不會有位元組序的問題。但是多位元組資料（如 int、float、double）就要考慮位元組序的問題了。位元組序共分為兩種：大端序和小端序。

大端序

資料的高位位元組儲存在地址的低端；低位位元組儲存在地址的高階。如圖所示，值為 0x12345678 的四位元組整數在大端序的主機上的記憶體排布。

小端序

資料的高位位元組儲存在地址的高階；低位位元組儲存在地址的低端。如圖所示，值為 0x12345678 的四位元組整數在小端序的主機上的記憶體排布。

主機位元組序和網路位元組序

除了主機位元組序，還有網路位元組序。主機位元組序由CPU決定，Intel Core 經測試都是小端位元組序。而網路位元組序採用的是大端序。測試位元組序可以通過一段 C 的原始碼搞定。

#include <stdio.h>
 
int main(int argc, char *argv[]) {
    int i;
    int x = 0x12345678;
    for (i = 0; i < sizeof(int); ++i) {
        unsigned char *p = ((unsigned char *)(&x)) + i;
        unsigned char v = *p;
        printf("%p 0x%d%dn", p, v>>4, v & 0xf );
    }
    return 0;
}

取得整數 x 的首地址轉換成 unsigned char* 指標後再向前偏移 i 個單位，分別得到這 sizeof(int) 個位元組的地址，然後用 * 取得每個地址上的值，通過位運算轉換成 16進位制輸出。
Linux 系統可以通過指令獲取 CPU 的型別：

cat /proc/cpuinfo | grep name | cut -f2 -d: | uniq -c
4  Intel(R) Core(TM) i3-2120 CPU @ 3.30GHz

大端序和小端序的互轉

大端序和小端序的互相轉換，其實就是記憶體翻轉，在知道一個整數或者一個指標的位元組數的時候，就是做一個映象的交換。這裡以 64位元整型為例：

void memrev64(void *p) {
    unsigned char *x = p, t;
 
    t = x[0];
    x[0] = x[7];
    x[7] = t;
    t = x[1];
    x[1] = x[6];
    x[6] = t;
    t = x[2];
    x[2] = x[5];
    x[5] = t;
    t = x[3];
    x[3] = x[4];
    x[4] = t;
}
 
uint64_t intrev64(uint64_t v) {
    memrev64(&v);
    return v;
}

64位元整數的位元組數為8，所以在位元組序進行轉換的時候：
  第0個位元組和第7個位元組交換；
  第1個位元組和第6個位元組交換；
  第2個位元組和第5個位元組交換；
第3個位元組和第4個位元組交換；
對於 32位元整數、16位元整數的情況，就更加簡單了，不再累述。

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C/C++位元組序的深入理解

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位元組序

大端序

小端序

主機位元組序和網路位元組序

大端序和小端序的互轉

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