計算機硬體有兩種儲存資料的方式

TuxedoLinux發表於2018-06-13

1.

計算機硬體有兩種儲存資料的方式:大端位元組序(big endian)和小端位元組序(little endian)。

舉例來說,數值0x2211使用兩個位元組儲存:高位位元組是0x22,低位位元組是0x11

  • 大端位元組序:高位位元組在前,低位位元組在後,這是人類讀寫數值的方法。
  • 小端位元組序:低位位元組在前,高位位元組在後,即以0x1122形式儲存。

同理,0x1234567的大端位元組序和小端位元組序的寫法如下圖。

2.

我一直不理解,為什麼要有位元組序,每次讀寫都要區分,多麻煩!統一使用大端位元組序,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,位元組序其實很簡單。

3.

首先,為什麼會有小端位元組序?

答案是,計算機電路先處理低位位元組,效率比較高,因為計算都是從低位開始的。所以,計算機的內部處理都是小端位元組序。

但是,人類還是習慣讀寫大端位元組序。所以,除了計算機的內部處理,其他的場合幾乎都是大端位元組序,比如網路傳輸和檔案儲存。

4.

計算機處理位元組序的時候,不知道什麼是高位位元組,什麼是低位位元組。它只知道按順序讀取位元組,先讀第一個位元組,再讀第二個位元組。

如果是大端位元組序,先讀到的就是高位位元組,後讀到的就是低位位元組。小端位元組序正好相反。

理解這一點,才能理解計算機如何處理位元組序。

5.

位元組序的處理,就是一句話:

"只有讀取的時候,才必須區分位元組序,其他情況都不用考慮。"

處理器讀取外部資料的時候,必須知道資料的位元組序,將其轉成正確的值。然後,就正常使用這個值,完全不用再考慮位元組序。

即使是向外部裝置寫入資料,也不用考慮位元組序,正常寫入一個值即可。外部裝置會自己處理位元組序的問題。

6.

舉例來說,處理器讀入一個16位整數。如果是大端位元組序,就按下面的方式轉成值。


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

上面程式碼中,buf是整個資料塊在記憶體中的起始地址,offset是當前正在讀取的位置。第一個位元組乘以256,再加上第二個位元組,就是大端位元組序的值,這個式子可以用邏輯運算子改寫。


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

上面程式碼中,第一個位元組左移8位(即後面添8個0),然後再與第二個位元組進行或運算。

如果是小端位元組序,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。


/* 大端位元組序 */
i = (data[3]<<0) | (data[2]<<8) | (data[1]<<16) | (data[0]<<24);

/* 小端位元組序 */
i = (data[0]<<0) | (data[1]<<8) | (data[2]<<16) | (data[3]<<24);

(完)

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