位域与大小端

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#位域 #大小端 #字节序

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大小端字节序介绍见：点击打开链接

大小端字节序指的是多字节类型的字节数据在内存中的存储顺序，字节内的各bit位置并不变化。

例如数据：0x12345678

在大端模式下的存储情况为：

地址 0 1 2 3
十六进制数据 0x12 0x34 0x56 0x78
二进制数据 0001 0010 0011 0100 0101 0110 0111 1000

在小端模式下的存储情况为：

地址 0 1 2 3
十六进制数据 0x78 0x56 0x34 0x12
二进制数据 0111 1000 0101 0110 0011 0100 0001 0010

由以上数据可见，大小端情况下只是字节数据的存储位置不同，字节内的各bit位置并不变话。

那什么情况下，大小端模式会影响bit位的存储顺序呢？答：当结构体内的数据按位域定义时。这种情况下，结构体内按位域定义的数据类型，一定要区分大端字节序和小端字节序定义！

在对Struct（结构体）中成员进行内存分配的时候，“按排列顺序分配，先分配排在前面的”：

1.大端（big endian）模式，从高位向地位分配

对字节，先分配高字节（内存低地址中），再分配低字节（内存高地址中）。

对位域，先分配高bit位，再分配低bit位。

2.小端（little endian）模式，从地位向高位分配

对字节，先分配低字节（内存低地址中），再分配高字节（内存高地址中）。

对位域，先分配低bit位，再分配高bit位。

定义如下结构体：

typedef struct tagBigOrLittleData
{
	UINT32   uiA:5; /*对应数据赋值：00101*/
	UINT32   uiB:9; /*对应数据赋值：000001001*/
	UINT32   uiC:12;/*对应数据赋值：000000001100*/
	UINT32   uiD:6; /*对应数据赋值：000110*/

}BigOrLittleData_S;

定义结构体成员：stData 各个字段赋值如上面注释

大端模式下，stData 数据在内存中的值为：/*00101 000 001001 00 00000011 00 000110*/

地址	0	1	2	3
十六进制数据	0x28	0x24	0x03	0x6
二进制数据	00101 000	001001 00	00000011	00 000110
解释	uiA(5)+uiB(H3)	uiB(L6)+uiC(H2)	uiC(M8)	uiC(L2)+uiD(6)

结构体成员内存分配原则和上面描述一致：“按排列顺序分配，先分配排在前面的成员，在大端模式下，对位域，先对高bit位进行分配，在对低bit位进行分配”。

小端模式下，stData 数据在内存中的值为：/*001 00101 00 000001 00000011 000110 00*/

地址	0	1	2	3
十六进制数据	0x25	0x01	0x03	0x18
二进制数据	001 00101	00 000001	00000011	000110 00
解释	uiB(L3)+uiA(5)	uiC(L2)+uiB(H6)	uiC(M8)	uiD(6) + uiC(H2)

结构体成员内存分配原则和上面描述一致：“按排列顺序分配，先分配排在前面的成员，在小端模式下，对位域，先对低bit位进行分配，在对高bit位进行分配”。

VS2010 验证代码及结果（小端模式）：

typedef struct tagBigOrLittleData
{
	UINT32   uiA:5; /*对应数据赋值：00101*/
	UINT32   uiB:9; /*对应数据赋值：000001001*/
	UINT32   uiC:12;/*对应数据赋值：000000001100*/
	UINT32   uiD:6; /*对应数据赋值：000110*/

}BigOrLittleData_S;

int _tmain(int argc, _TCHAR* argv[])
{


	BigOrLittleData_S  stData = {0};

	stData.uiA = 5;
	stData.uiB = 9;
	stData.uiC = 12;
	stData.uiD = 6;

	/*001 00101   00 000001  00000011  000110 00*/

	getchar();

	return 0;
}

由此可见，同样一个按位域定义的结构体，大小端模式下，数据在内存中的存储顺序是完全不一样的，说白了，就是字节的值和位置都不一样。

所以，如果大端定义了上面的结构体，那么小端对应的结构体应该定义为：

typedef struct tagBigOrLittleData
{
    UINT32   uiD:6; /*对应数据赋值：000110*/
    UINT32   uiC:12;/*对应数据赋值：000000001100*/
    UINT32   uiB:9; /*对应数据赋值：000001001*/
    UINT32   uiA:5; /*对应数据赋值：00101*/

}BigOrLittleData_S;

此时，在小端模式下，stData 数据在内存中的值为：/*00 000110 00000011 001001 00 00101 000*/

地址	0	1	2	3
十六进制数据	0x06	0x03	0x24	0x28
二进制数据	00 000110	00000011	001001 00	00101 000
解释	uiC(L2)+uiD(6)	uiC(M8)	uiB(L6)+uiC(H2)	uiA(5)+uiB(H3)

会发现，结构体各个位域字段“反序”定义以后，小端模式下，字节的值和大端模式的值相同了，但字节序还是反序的（0x06032428 对应 0x28240306），所以在使用时还要进行大小端字节序的转换！

从而，结构体中位域定义的成员，为了兼容大小端，存在以下规则：

1.结构体位域成员的定义，对每个成员的定义要区分大小端，对成员中位域的定义顺序进行翻转。

例如：

typedef struct tagBigOrLittleData
{
#ifdef BIG_ENDIAN
	UINT32   uiA:5; /*对应数据赋值：00101*/
	UINT32   uiB:9; /*对应数据赋值：000001001*/
	UINT32   uiC:12;/*对应数据赋值：000000001100*/
	UINT32   uiD:6; /*对应数据赋值：000110*/

	USHORT   usA:6;
	USHORT   usB:10
#else
	UINT32   uiD:6; /*对应数据赋值：000110*/
	UINT32   uiC:12;/*对应数据赋值：000000001100*/
	UINT32   uiB:9; /*对应数据赋值：000001001*/
	UINT32   uiA:5; /*对应数据赋值：00101*/

	USHORT   usB:10
	USHORT   usA:6;

#endif
}BigOrLittleData_S;

2.数据在不同主机之间传输使用时，要做字节序的转换。（发送时进行主机序到网络序的转换，接收时进行网络序到主机序的转换）