我应该担心位顺序吗？答案

【问题标题】：Should I worry about bit order?我应该担心位顺序吗？
【发布时间】：2020-06-09 22:29:00
【问题描述】：

我在图书馆的设计中达到了一个让我对字节序感到恐惧的地步。
我可以轻松处理字节顺序，但是位顺序在我的代码中引入了巨大的复杂性。

我正在做的是将uint 转换为字节，以网络字节顺序（大端）。
但是，我将最重要的碎屑（2 位，从第一个 [最重要] 字节开始）用于其他内容，存储另一个数字。

通常，我使用这些行来编写和读取面包屑：

bytes[0] |= 0xC0 // Writing 11 to the most significant crumb. It could be 10 or 01 too. Before the disjunction, I know those two bits are 0.  
(bytes[0] & 0xC0) >> 6 // Getting the most significant crumb and shifting it to the right, in the least significant place.

对我来说，所有这些似乎都假设最重要的位在前。
如果没有，我这对操作基本上会把 00000011 变成 00001100，这不是我需要的值。
这些数据存储在一个文件中，可以在其他地方访问。如果存储机和读取机使用不同的位顺序，读取器就会得到垃圾。

我也不记得曾经读过一段对位顺序做出反应的代码。

所以，我的问题是：我是偏执狂还是我的 C# 库可以在 LSB 优先的机器上使用？（在 .NET 或 Mono 下；Windows、Unix、Android、iOS 等）
如果是这样，我怎样才能有效地处理这些可能性并能够正确检索我的 2 位数字？

【问题讨论】：

Endian 不影响位序，只影响字节序。
en.wikipedia.org/wiki/Bit_numbering 好像每个人都认为最重要的位在前……
我认为所有 .NET 实现都应该以相同的方式对待字节序（我认为这是规范的一部分），但是，我可能错了。但是，我会考虑在图书馆中唯一考虑错误字节序的地方是图书馆的输入点，即。任何公开的方法并接受可能出错的东西。
没有“第一”。最重要的位是.. 最重要的。这既不是第一个也不是最后一个。您无法在系统上进行任何可以显示差异的测量 - 整数运算符始终以完全相同的方式工作。
@harold 是的：您只需将原始字节读取为字节，例如使用unsafe 代码将int 变量视为byte*

标签： c# bit-manipulation

【解决方案1】：

由于您正在使用诸如移位操作之类的东西：您很好。 Endianness 不会影响这些：它们在任何 *-endian 架构上的行为都相同 - 简单地说：它的内部工作方式可能会在 CPU 之间发生变化，但您总是会得到相同的答案，就像从常规代码中看到的那样。

字节序实际上只影响直接值到字节的解释，例如使用unsafe 代码或BitConverter 获取（或设置）int 或double 后面的原始字节，显式布局“ union" 结构，重叠不同字段的字节。如果您不做那种类型的事情，那么您无需担心 CPU 字节序。

【讨论】：

如果在计算机 A 上我写 11000000，这意味着它是 128 + 64 = 192，而计算机 B 使用相反的顺序，它将读取数字 3。我将如何解决这个问题？
@Vercas 实际上，在大多数字节序讨论中，存在超过 192 与 -1073741824 的冲突（假设是 int）；但是您只会永远看到，如果您正在读取原始数据：例如，从文件或套接字读取 4 个字节并通过 unsafe 代码将它们直接强制到 int。在这种情况下，解决方法是：确保在从文件或套接字读取原始数据时考虑字节序。在常规 C# 中，包括算术和按位运算：它的行为总是像 192
@Vercas 强调：字节序几乎总是主要与字节顺序有关，而不是位顺序
System.IO.Stream 的每个实现是否都知道源是否以相反的顺序出现？我能想到的唯一方法是在我的数据 blob 的开头存储一个“魔术”字节，这将具有一个已知值。如果在读取时碰巧与预期不同，则必须在每个字节中翻转所有位。另外，我之所以说 3，是因为我专门讨论的是字节内的位。我已经在我的代码中考虑了字节顺序。
@Vercas 不，流根本没有的概念：它们只是一个字节序列。所以重要的问题是：字节的顺序是什么？位顺序不是通常意义上的字节序。您无需担心这种变化。

【解决方案2】：

您不必担心位顺序。但是位是在 CPU 中处理的，对应的位操作对外是一样的。

当您向右移动时，它总是向最低有效位移动。如果最低位在CPU内部实际上是向左移动，物理位向左移动，但是CPU外部的数字的表示仍然是最低位向右，运算符的含义是在任何 CPU 上都一样。

当您按位或使用0xC0 时，位在哪里并不重要，因为值中的最高有效位和0xC0 中的最高有效位在同一个位置。

【讨论】：

好吧，但真正的问题是，当相同的数据从 LSB-0 传输到 MSB-0 机器时，位会被误解。
@Vercas：无论您如何传输数据，介质都有特定的位顺序，并且在每一步都会转换值。最后字节值还是一样的意思。
你所说的“翻译”——我无法想象它会在哪里以及如何发生。
@Vercas：例如，如果您通过网络发送数据，那么这些位是串行发送的，因此没有左或右，只有第一个和最后一个。另一方面，它必须被转换回一个字节，所以它必须知道哪一位去哪里，即哪一位是最重要的。
@Vercas：标准中定义了您用于移动数据的任何介质。网络协议定义了最重要的位在哪里。