了解字节交换

Question

我正在尝试找出一种方法来为 64 位整数 (uint64_t) 创建一个小端/大端转换，虽然我在网上找到了很多关于如何做到这一点的答案，但他们都没有解释到底是什么正在进行。例如，要获取整数的第 n 个字节，我发现了这个响应：

int x = (number >> (8*n)) & 0xff;

即使我了解位移组件（向右移动 8n 位），我也看不到 & 和 0xff 的来源，除了 & 之外它们的含义是按位与运算符。

那么，这种逻辑如何应用于 64 位整数的大端/小端字节交换方法？

提前谢谢你。

Answer 1

用十进制数来类比可能是最容易的：

取数字 308。它有三个数字，“3”、“0”和“8”。按照惯例，左边的数字比右边的数字更重要。但约定也可以很容易地采用另一种方式……数字可以以相反的顺序书写（例如，803）。

为什么这是相关的？考虑计算机上数字的十六进制表示：0xabcd0123。在严格的数学意义上，可以将此数字视为 4 基数 256 位。 （即，0xab、0xcd、0x01、0x23）。因此，字节序是关于这些 radix-256 数字在写入内存时的排序约定。

Little-endian 表示“将最低有效位写入最低地址”； Big-endian 的意思是“将最高有效位写入最低地址”。

所以，关于处理字节序的机制： 如果您考虑上面的十进制示例，您将如何获得每个数字？通过取模 10 的数字给出最低有效位（即 308 % 10 = 8）。第二个数字可以通过将数字除以 10，然后取模 10（即 308 / 10 = 30; 30 % 10 = 0）等等。

对于计算机上的二进制数据，该过程完全相同，只是它被视为 radix-256 而不是像十进制数字那样的 radix-10。这就是一些技巧的用武之地。

1. 使用 2 的幂的模数进行模运算时，可以通过 AND 进行。让 m=256 作为我们的模数。因为 m = 2 的某个幂，所以 x % m 等价于 x & (m-1)。这是一个超出此答案范围的数字事实。
2. 在进行 2 的幂除法时，可以通过右移进行。也就是说，让 m=256 成为我们的除数。因为 m = 2 的 8 次方，所以 x / m 等价于 x >> 8。

因此，特定于二进制字节序的序列化完全使用上述过程：

uint32_t val = 0xabcd0123;

(val & 0xff) 等价于 (val % 256)，并产生 0x23。

((val >> 8) & 0xff) 等价于 ((val / 256) % 256)，并产生 0x01。

((val >> 16) & 0xff) 等价于 (((val / 256)/256) % 256)，并产生 0xcd。

等等。因此，现在您可以访问数字/字节，您只需选择存储它们的顺序。如上所述，“大端 = 最低地址最重要”，“小端 = 最低地址最不重要”。