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大端模式和小端模式是计算机中经常涉及到的两种字节序,也有大端对齐、小端对齐、大尾、小尾等叫法。 一、起源 说起这两种模式,就不得不提一下大端(Big-endian)和小端(Little-endian)这两个英文上的起源。 “endian”一词来源于乔纳森·斯威夫特的小说格列佛游记。Lilliput和Blefuscu这两个强国在过去的36个月中一直在苦战。战争的原因:大家都知道,吃鸡蛋的时候,原始的方法是打破鸡蛋较大的一端(Big-End),可以那时的皇帝的祖父由于小时侯吃鸡蛋,按这种方法把手指弄破了,因此他的父亲,就下令,命令所有的子民吃鸡蛋的时候,必须先打破鸡蛋较小的一端(Little-End),违令者重罚。然后老百姓对此法令极为反感,期间发生了多次叛乱,其中一个皇帝因此送命,另一个丢了王位,产生叛乱的原因就是另一个国家Blefuscu的国王大臣煽动起来的,叛乱平息后,就逃到这个帝国避难。据估计,先后几次有11000余人情愿死也不肯去打破鸡蛋较小的端吃鸡蛋。这个其实讽刺当时英国和法国之间持续的冲突。(引自http://blog.csdn.net/ce123_zhouwei/article/details/6971544)其中两种方法吃鸡蛋的人分别被称为Big-endians和Little-endians。1980年,Danny Cohen在其著名的论文”On Holy Wars and a Plea for Peace”中,为平息一场关于字节该以什么样的顺序传送的争论,而引用了该词。 二、存储模式 接下来就说说为什么会有字节序的问题。 计算机在存储数据的时候,是以字节(byte)为基本单位来存储的,因此存储单字节类型的数据(比如char)不存在字节序的问题。但存储多字节的数据的时候(比方说4字节的int变量),就涉及到了以一个什么样的顺序来存储。下面举例来说明大端和小端的存储方式。 定义变量 unsigned long long a=0x1122334455667788 变量a是一个64位的无符号整数,共需要8个字节来存储,那么在两种模式下是如何存储的呢? ||--1--||--2--||--3--||--4--||--5--||--6--||--7--||--8--|| 地址 || 11 || 22 || 33 || 44 || 55 || 66 || 77 || 88 || 大端模式 || 88 || 77 || 66 || 55 || 44 || 33 || 22 || 11 || 小端模式 从中很容易可以看出各自的存储特点。 三、需要注意的几个问题 1.大端模式和小端模式是以基本类型为单位的 对于long long a 和 struct{ char a;short b;int c;}二者同样占据了8个字节的空间,在存储上,前者上面已经介绍,后者则是先存储一个char,空一个字节,然后按照大端/小端模式存储short,最后按照大端/小端模式存储int。 2.大端模式与小端模式的实际应用范围 在我们日常使用的x86架构的计算机中(其他类别的可能会采用大端模式或可配置模式,可以通过查阅资料或者用下文的代码进行测试),都是使用的小端模式,而网络字节序是大端模式的。这就使得在网络通信时进行字节序的转换变得极为重要。比方说,通信双方规定了了通信头为一个4字节的魔数(Magic Number),而一方按着大端序的模式发送,一方按着小端序的模式解读,那么两方的通信就会失败。如果没有这个魔数,而在内部的数据中出现这样的问题则会更加的麻烦。 3.文件存储中的模式 文件的存储一般都是以字节来进行操作的,因此,在文件中以什么样的字节序需要程序的编写者加以注意。比方说下面的程序: [cpp] view plain copy int a=0x11223344; FILE *fp; fp=fopen("test","wb"); fwrite(&a,sizeof(a),1,fp); fclose(fp); 用十六进制编辑器打开文件之后,我们会发现文件的内容是44332211。原因很简单,fwrite函数直接把内存中的内容按顺序写入了文件,因此内存中是小端模式存储的,所以写入文件也是小端模式。 四、优缺点 大端模式,由于符号位和数值的高位存在地址的低位,会优先被读到,更容易先确定数据的重要信息。 小端模式,在进行类型转换的时候不需要调整数据。如int强制转换到char,计算机不需要做任何调整,直接读取int的第一个字节即可。 五、大端和小端的检测 对于大端模式和小端模式的检测,可以利用上面所说的强制类型转换。 [cpp] view plain copy bool isLittleEndian() { short a=0x0061; if((char)a=='a') return true; else return false; } 在查阅资料后,还发现了另外一个方法,利用到了被我遗忘很久的一个数据结构,联合体union。 [cpp] view plain copy bool isLittleEndian() { union { short a; char b; }test; test.a=0x0061; if(test.b=='a') return true; else return false; } 这个方法利用了联合体共用内存的特性,因此回避了强制类型转换。 六、Qt中大端小端的转换 Qt中包含了大端小端转换的几个函数 [cpp] view plain copy T qFromBigEndian(const uchar * src) T qFromBigEndian(T src) T qFromLittleEndian(const uchar * src) T qFromLittleEndian(T src) void qToBigEndian(T src, uchar * dest) T qToBigEndian(T src) void qToLittleEndian(T src, uchar * dest) T qToLittleEndian(T src) 下面对这个几个函数进行简单的说明。 [cpp] view plain copy union{ int a; char b[4]; }test1,test2; test1.a=0x61626364; test2.a=qFromBigEndian(test1.a); qDebug() |
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