高位位元組優先 低位位元組優先

2021-08-26 03:50:29 字數 3153 閱讀 3091

自第一台計算機誕生,其最小儲存單元就被永久的定格了——乙個由8個位元(bit)組成的稱為位元組(byte)的單位。計算機的所有記憶體以位元組陣列的方式進行編址。

當乙個邏輯上長於乙個位元組的整形資料放置在記憶體中時(比如16位,32位,和64位的整數),計算機設計者需要考慮這些位元組的儲存順序。一些體系結構的設計者選擇了將位元組的邏輯順序與物理順序一致,即將邏輯上較低的位元組放置在物理上較低的位元組上;另外一些設計者則選擇了將位元組的邏輯順序與物理順序相反,即將邏輯上較低的位元組放置在物理上較高的位元組上。前者被稱為「little endian」,比如intel x86系列;後者則被稱為「big endian」,比如motorola的powerpc以及sun sparc。還有一些平台同時支援兩種方案,由開發者決定使用哪一種。

兩種選擇為底層開發者帶來了一定的困擾。比如,兩個位元組順序不一致的平台之間進行通訊,或者在兩個位元組順序不一致的平台之間移植系統。這都是跨平台的例子,對於這些情況,位元組順序的問題是不能迴避的。對於僅僅在一種平台上進行開發的程式設計師而言,如果它能夠避免強制型別轉換(比如將位元組陣列強制轉換為乙個長整數),一貫的以邏輯順序來操作大於乙個位元組的整數,應該可以迴避這個問題。但由於c語言是一種非常靈活的語言,有時候通過強制型別轉換可以讓**非常精簡,甚至達到非常巧妙的效果,所以,要求c程式設計師完全迴避這個問題,幾乎是不現實的。

由於little endian提供了邏輯順序與物理順序的一致性,讓程式設計者擺脫了不一致性所帶來的困擾,c語言開發者可以無所顧忌的按照自己的意願進行強制型別轉換,所以現代體系結構幾乎都支援little endian。但big endian也有其優點,尤其對於彙編程式設計師:他們對於任意長度的整數,總是可以通過判斷byte 0的bit-7來檢視乙個整數的正負;對於little endian則不得不首先知道當前整數的長度,然後檢視最高byte的bit-7來判斷其正負。對於這種情況,big endian的開發者可以寫出非常高效的**。

兩派的支持者爭論不休,正像他們所支援名詞(big endian和little endian)的典故所講述的那樣:little endian和big endian這兩個名詞**於jonathan swift的《格利佛遊記》其中交戰的兩個派別無法就應該從哪一端--小端還是大端--開啟乙個半熟的雞蛋達成一致。:)在那個時代,swift是在諷刺英國和法國之間的持續衝突,danny cohen,一位網路協議的早期開創者,第一次使用這兩個術語來指代位元組順序,後來這個術語被廣泛接納了(摘自《深入理解計算機系統》)。

需要特別指出的是,通常所提到的little endian和big endian僅僅指位元組順序。在硬體設計者的術語中,對於乙個位元組內部的bit順序也分little endian和big endian,但對於程式設計師而言,這些bit順序的不同是透明的,也就是說,程式設計師只需要按照邏輯順序來看待和操作位元組內部的bit即可。

endian的不同不僅僅帶來位元組順序的不同,還有更多的問題。如果c程式設計師在定義乙個結構體時,使用了bitwise的域定義,比如:

struct foo ;

這個結構體的乙個物件會占用4個位元組。由於a,b,c,d的型別都是int,所以他們都在以int32為單位的整數上分配bit,另外,由於他們的bit數量正好等於int32的bit數,所以,它們都分配於乙個int所占用的空間。關鍵問題在於這些位元組在這4個位元組內是分配順序是怎麼樣的?

對於little endian,其分配順序與邏輯順序是一致的,即在byte[0]的bit[0~2]上分配a,在byte[0]的bit[3,7]以及byte[1]的bit[0,1]上分配b,依次類推。

對於big endian,其方案會帶來很大的問題。其分配順序為:

位元組物理順序:從低到高;

位元組內bit順序:從高到底;

也就是說,big endian在bitwise的分配方案上,從位元組順序到bit順序都反過來了(因為其正向儲存順序為:位元組從高到底,bit從低到高(從程式設計師的觀點看))。換句話說:big endian的bit分配順序為,按照bit的邏輯順序,從高到底進行分配。

|--------|--------|--------|--------|

logical byte order   | byte 3 | byte 2 | byte 1 | byte 0 |

|--------|--------|--------|--------|

bitwise allocation   |-a-|---b---|------c------|----d----|

請注意,並不是硬體平台使用的這種方案,而是c語言編譯器。這是一種荒謬的方案,我想可能是c語言編譯器的早期開發者希望通過編譯器遮蔽掉big endian和little endian在bitwise allocation上的差異,而都與物理儲存順序一致。但由於其採用了bit order的反向分配,反而加劇了這種差異,隨後的編譯器為了保持相容,也只好將錯誤延續了下來。

基於這種原因,在c語言中直接使用bitwise的方式定義結構體是一種危險的方式,因為這些**是平台依賴的。當進行跨平台移植的時候必須重新定義這些結構體。

有兩種方式可以消除這種風險:

1、使用邏輯移位的方式來操作bit;以上面的例子為例,我們可以這麼做:

struct foo ;

#define set_a(f,a)  do while(0)

#define set_b(f,b)  do while(0)

#define set_c(f,c)  do while(0)

#define set_d(f,d)  do while(0)

#define get_a(f)  ((f)&0x7)

#define get_b(f)  (((f)>>3)&0x7f)

#define get_c(f)  (((f)>>10)&0x1fff)

#define get_d(f)  (((f)>>23)&0x1ff)

2、對於big endian,我們可以使用相反的順序來宣告bitwise fields。仍然以上例為例:

#if little_endian

#define bitwise(type,a,b,c,d)  type a, b, c, d

#else

#define bitwise(type,a,b,c,d)  type d, c, b, a

#endif

struct foo ;

對於little endian,邏輯順序與物理順序一致,只需要按照原樣定義;而對於big endian,由於其整體的bit順序恰好與邏輯順序是相反的,所以,我們將順序反過來,使其bit的分配順序與邏輯順序一致即可。

高位優先與低位優先

endians是什麼意思?它是資料在記憶體中的排列順序。在微處理器中,象long dword 32 bits 0x12345678 這樣的資料總是按照高位優先 big endian 方式存放的。但在記憶體中,資料存放順序則因微處理器廠商的不同而不同。資料大小的不同 byte 乙個位元組,標記為byt...

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演算法 位元組高低位交換

對乙個位元組資料,逐個交換其高低位,例如11010001,經過0 7,1 6,2 5,3 4對應位的交換,變成10001011 對於該問題,我們最先想到的是對原位元組通過移位操作來逐位處理,使用另乙個變數來儲存交換後的結果。這種解決方案處理起來思路清晰,編寫 應該不難。下面是該思路對應的 unsig...