位域与大小端


大小端字节序介绍见:点击打开链接


大小端字节序指的是多字节类型的字节数据在内存中的存储顺序,字节内的各bit位置并不变化。

例如数据:0x12345678

在大端模式下的存储情况为:

地址 0 1 2 3
十六进制数据 0x12 0x34 0x56 0x78
二进制数据 0001 0010 0011 0100 0101 0110 0111 1000


在小端模式下的存储情况为:

地址 0 1 2 3
十六进制数据 0x78 0x56 0x34 0x12
二进制数据 0111 1000 0101 0110 0011 0100 0001 0010

由以上数据可见,大小端情况下只是字节数据的存储位置不同,字节内的各bit位置并不变话。


那什么情况下,大小端模式会影响bit位的存储顺序呢? 答:当结构体内的数据按位域定义时。这种情况下,结构体内按位域定义的数据类型,一定要区分大端字节序和小端字节序定义!


在对Struct(结构体)中成员进行内存分配的时候,“按排列顺序分配,先分配排在前面的”:

1.大端(big endian)模式,从高位向地位分配

对字节,先分配高字节(内存低地址中),再分配低字节(内存高地址中)。

对位域,先分配高bit位,再分配低bit位。

2.小端(little endian)模式,从地位向高位分配

对字节,先分配低字节(内存低地址中),再分配高字节(内存高地址中)。

对位域,先分配低bit位,再分配高bit位。



定义如下结构体:

typedef struct tagBigOrLittleData
{
	UINT32   uiA:5; /*对应数据赋值:00101*/
	UINT32   uiB:9; /*对应数据赋值:000001001*/
	UINT32   uiC:12;/*对应数据赋值:000000001100*/
	UINT32   uiD:6; /*对应数据赋值:000110*/

}BigOrLittleData_S;

定义结构体成员:stData 各个字段赋值如上面注释


大端模式下,stData 数据在内存中的值为:/*00101 000   001001 00  00000011  00 000110*/

地址 0 1 2 3
十六进制数据 0x28 0x24 0x03 0x6
二进制数据 00101 000
001001 00 00000011
00 000110
解释 uiA(5)+uiB(H3) uiB(L6)+uiC(H2) uiC(M8)  uiC(L2)+uiD(6)


  结构体成员内存分配原则和上面描述一致:“按排列顺序分配,先分配排在前面的成员,在大端模式下,对位域,先对高bit位进行分配,在对低bit位进行分配”。



小端模式下,stData 数据在内存中的值为:/*001 00101   00 000001  00000011  000110 00*/

地址 0 1 2 3
十六进制数据 0x25 0x01 0x03 0x18
二进制数据 001  00101
00  000001
00000011
000110  00
解释 uiB(L3)+uiA(5) uiC(L2)+uiB(H6) uiC(M8) uiD(6) + uiC(H2)

   结构体成员内存分配原则和上面描述一致:“按排列顺序分配,先分配排在前面的成员,在小端模式下,对位域,先对低bit位进行分配,在对高bit位进行分配”。


VS2010 验证代码及结果(小端模式):

typedef struct tagBigOrLittleData
{
	UINT32   uiA:5; /*对应数据赋值:00101*/
	UINT32   uiB:9; /*对应数据赋值:000001001*/
	UINT32   uiC:12;/*对应数据赋值:000000001100*/
	UINT32   uiD:6; /*对应数据赋值:000110*/

}BigOrLittleData_S;

int _tmain(int argc, _TCHAR* argv[])
{


	BigOrLittleData_S  stData = {0};

	stData.uiA = 5;
	stData.uiB = 9;
	stData.uiC = 12;
	stData.uiD = 6;

	/*001 00101   00 000001  00000011  000110 00*/

	getchar();

	return 0;
}





由此可见,同样一个按位域定义的结构体,大小端模式下,数据在内存中的存储顺序是完全不一样的,说白了,就是字节的值和位置都不一样。


所以,如果大端定义了上面的结构体,那么小端对应的结构体应该定义为:

typedef struct tagBigOrLittleData
{
    UINT32   uiD:6; /*对应数据赋值:000110*/
    UINT32   uiC:12;/*对应数据赋值:000000001100*/
    UINT32   uiB:9; /*对应数据赋值:000001001*/
    UINT32   uiA:5; /*对应数据赋值:00101*/

}BigOrLittleData_S;

此时,在小端模式下,stData 数据在内存中的值为:/*00 000110   00000011  001001 00  00101 000*/

地址 0 1 2 3
十六进制数据 0x06 0x03 0x24 0x28
二进制数据 00 000110 00000011 001001 00 00101 000
解释 uiC(L2)+uiD(6) uiC(M8) uiB(L6)+uiC(H2)  uiA(5)+uiB(H3)

会发现,结构体各个位域字段“反序”定义以后,小端模式下,字节的值和大端模式的值相同了,但字节序还是反序的(0x06032428 对应 0x28240306),所以在使用时还要进行大小端字节序的转换!


从而,结构体中位域定义的成员,为了兼容大小端,存在以下规则:

1.结构体位域成员的定义,对每个成员的定义要区分大小端,对成员中位域的定义顺序进行翻转。

例如:

typedef struct tagBigOrLittleData
{
#ifdef BIG_ENDIAN
	UINT32   uiA:5; /*对应数据赋值:00101*/
	UINT32   uiB:9; /*对应数据赋值:000001001*/
	UINT32   uiC:12;/*对应数据赋值:000000001100*/
	UINT32   uiD:6; /*对应数据赋值:000110*/

	USHORT   usA:6;
	USHORT   usB:10
#else
	UINT32   uiD:6; /*对应数据赋值:000110*/
	UINT32   uiC:12;/*对应数据赋值:000000001100*/
	UINT32   uiB:9; /*对应数据赋值:000001001*/
	UINT32   uiA:5; /*对应数据赋值:00101*/

	USHORT   usB:10
	USHORT   usA:6;

#endif
}BigOrLittleData_S;


2.数据在不同主机之间传输使用时,要做字节序的转换。(发送时进行主机序到网络序的转换,接收时进行网络序到主机序的转换)

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