什么是字节序
字节序,又称端序或尾序(英语中用单词:Endianness 表示),在计算机领域中,指电脑内存中或在数字通信链路中,占用多个字节的数据的字节排列顺序。
在几乎所有的平台上,多字节对象都被存储为连续的字节序列。例如在 Go 语言中,一个类型为int
的变量x
地址为0x100
,那么其指针&x
的值为0x100
。且x
的四个字节将被存储在内存的0x100, 0x101, 0x102, 0x103
位置。
字节的排列方式有两个通用规则:
- 大端序(Big-Endian)将数据的低位字节存放在内存的高位地址,高位字节存放在低位地址。这种排列方式与数据用字节表示时的书写顺序一致,符合人类的阅读习惯。
- 小端序(Little-Endian),将一个多位数的低位放在较小的地址处,高位放在较大的地址处,则称小端序。小端序与人类的阅读习惯相反,但更符合计算机读取内存的方式,因为CPU读取内存中的数据时,是从低地址向高地址方向进行读取的。
上面的文字描述有点抽象,我们拿一个例子来解释一下字节排列时的大端序和小端序。
在内存中存放整型数值168496141
需要4个字节,这个数值的对应的16进制表示是0X0A0B0C0D
,这个数值在用大端序和小端序排列时的在内存中的示意图如下:
为何要有字节序
很多人会问,为什么会有字节序,统一用大端序不行吗?答案是,计算机电路先处理低位字节,效率比较高,因为计算都是从低位开始的。所以,计算机的内部处理都是小端字节序。在计算机内部,小端序被广泛应用于现代 CPU 内部存储数据;而在其他场景,比如网络传输和文件存储则使用大端序。
Go语言对字节序的处理
Go 语言存储数据时的字节序依赖所在平台的 CPU,处理大小端序的代码位于 encoding/binary
,包中的全局变量BigEndian
用于操作大端序数据,LittleEndian
用于操作小端序数据,这两个变量所对应的数据类型都实现了 ByteOrder 接口。
package main
import (
"encoding/binary"
"fmt"
"unsafe"
)
const INT_SIZE = int(unsafe.Sizeof(0)) //64位操作系统,8 bytes
//判断我们系统中的字节序类型
func systemEdian() {
var i = 0x01020304
fmt.Println("&i:",&i)
bs := (*[INT_SIZE]byte)(unsafe.Pointer(&i))
if bs[0] == 0x04 {
fmt.Println("system edian is little endian")
} else {
fmt.Println("system edian is big endian")
}
fmt.Printf("temp: 0x%x,%v\n",bs[0],&bs[0])
fmt.Printf("temp: 0x%x,%v\n",bs[1],&bs[1])
fmt.Printf("temp: 0x%x,%v\n",bs[2],&bs[2])
fmt.Printf("temp: 0x%x,%v\n",bs[3],&bs[3])
}
func testBigEndian() {
var testInt int32 = 0x01020304
fmt.Printf("%d use big endian: \n", testInt)
testBytes := make([]byte, 4)
binary.BigEndian.PutUint32(testBytes, uint32(testInt))
fmt.Println("int32 to bytes:", testBytes)
fmt.Printf("int32 to bytes: %x \n", testBytes)
convInt := binary.BigEndian.Uint32(testBytes)
fmt.Printf("bytes to int32: %d\n\n", convInt)
}
func testLittleEndian() {
var testInt int32 = 0x01020304
fmt.Printf("%x use little endian: \n", testInt)
testBytes := make([]byte, 4)
binary.LittleEndian.PutUint32(testBytes, uint32(testInt))
fmt.Printf("int32 to bytes: %x \n", testBytes)
convInt := binary.LittleEndian.Uint32(testBytes)
fmt.Printf("bytes to int32: %d\n\n", convInt)
}
func main() {
systemEdian()
fmt.Println("")
testBigEndian()
testLittleEndian()
}
运行上面的程序会在终端里输出
&i: 0xc000084000
system edian is little endian
temp: 0x4,0xc000084000
temp: 0x3,0xc000084001
temp: 0x2,0xc000084002
temp: 0x1,0xc000084003
16909060 use big endian:
int32 to bytes: [1 2 3 4]
int32 to bytes: 01020304
bytes to int32: 16909060
1020304 use little endian:
int32 to bytes: 04030201
bytes to int32: 16909060
总结
计算机电路先处理低位字节,效率比较高,因为计算都是从低位开始的。所以,计算机的内部处理都是小端字节序。但是,人类还是习惯读写大端字节序。所以,除了计算机的内部处理,其他的场合比如网络传输和文件储存,几乎都是用的大端字节序。正是因为这些原因才有了字节序。
计算机处理字节序的时候,如果是大端字节序,先读到的就是高位字节,后读到的就是低位字节。小端字节序则正好相反。
推荐阅读
今天的文章就到这里啦,如果喜欢我的文章就帮我点个赞吧,我会每周通过技术文章分享我的所学所见和第一手实践经验,感谢你的支持。微信搜索关注公众号「网管叨bi叨」每周教会你一个进阶知识。