理解字節序

理解字節序

作者： 阮一峯

日期： 2016年11月22日

1.

計算機硬件有兩種儲存數據的方式：大端字節序（big endian）和小端字節序（little endian）。

舉例來說，數值0x2211使用兩個字節儲存：高位字節是0x22，低位字節是0x11。

• 大端字節序：高位字節在前，低位字節在後，這是人類讀寫數值的方法。
• 小端字節序：低位字節在前，高位字節在後，即以0x1122形式儲存。

同理，0x1234567的大端字節序和小端字節序的寫法如下圖。

2.

我一直不理解，爲什麼要有字節序，每次讀寫都要區分，多麻煩！統一使用大端字節序，不是更方便嗎？

上週，我讀到了一篇文章，解答了所有的疑問。而且，我發現原來的理解是錯的，字節序其實很簡單。

3.

首先，爲什麼會有小端字節序？

答案是，計算機電路先處理低位字節，效率比較高，因爲計算都是從低位開始的。所以，計算機的內部處理都是小端字節序。

但是，人類還是習慣讀寫大端字節序。所以，除了計算機的內部處理，其他的場合幾乎都是大端字節序，比如網絡傳輸和文件儲存。

4.

計算機處理字節序的時候，不知道什麼是高位字節，什麼是低位字節。它只知道按順序讀取字節，先讀第一個字節，再讀第二個字節。

如果是大端字節序，先讀到的就是高位字節，後讀到的就是低位字節。小端字節序正好相反。

理解這一點，才能理解計算機如何處理字節序。

5.

字節序的處理，就是一句話：

"只有讀取的時候，才必須區分字節序，其他情況都不用考慮。"

處理器讀取外部數據的時候，必須知道數據的字節序，將其轉成正確的值。然後，就正常使用這個值，完全不用再考慮字節序。

即使是向外部設備寫入數據，也不用考慮字節序，正常寫入一個值即可。外部設備會自己處理字節序的問題。

6.

舉例來說，處理器讀入一個16位整數。如果是大端字節序，就按下面的方式轉成值。

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

上面代碼中，buf是整個數據塊在內存中的起始地址，offset是當前正在讀取的位置。第一個字節乘以256，再加上第二個字節，就是大端字節序的值，這個式子可以用邏輯運算符改寫。

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

上面代碼中，第一個字節左移8位（即後面添8個0），然後再與第二個字節進行或運算。

如果是小端字節序，用下面的公式轉成值。

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

32位整數的求值公式也是一樣的。

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

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

（完）