大端小端

最新推荐文章于 2021-12-07 21:28:31 发布

sunmenggmail

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分类专栏： c++ 文章标签： byte struct stream 编译器扩展存储

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http://blog.sina.com.cn/s/blog_6ffd3b5c0100mc4z.html

1. 小端

在bitstream的定义中，经常见到这样的定义

exam{
A：18 bit stream left bit first
B: 14 bit stream left bit first
}

在小端（little endian）系统中，上述32bit被读入内存，memory map如下
------------------------------------------------------------------------------------
| A7 ... A0 | A15 ... A8 | B5 ... B0 A17 A16 | B13 ... B6 |
    byte0        byte1            byte2           byte3

low address --------------------------------> high address
-------------------------------------------------------------------------------------
NOTE：该处A0代表线路上最先到达的bit，A17代表最后到达.

可见小端系统是一个移位性质的寄存器，先到达的bit放在byte内的高位地址。（所谓小端地址的定义是：most significant byte in high address。所以 0x01 0x02 0x03 0x04,代表的数据是0x04030201.同样的道理，在字节内部，物理地址高的bit代表高位。所以如果一个binary stream在字节中从左到右的顺序是 10001010,那么它代表的byte数据应该是0x51,而不是0x8A.）

可见，属于同一个域A的数据在物理地址上面并不连续了。为了处理这个问题，我们必须把这32bit数据变换为小端Byte顺序，既
------------------------------------------------------------------------------------
| B13 ... B6 | B5 ... B0 A17 A16 | A15 ... A8 | A7 ... A0 |
    byte3            byte2            byte1       byte0

low address --------------------------------> high address
-------------------------------------------------------------------------------------

这样一来，同一个域的数据在物理上就连续了。使用C语言bit field的定义
struct{
    UINT32 B:14;
    UINT32 A:18;
}
这样 B 对应了这个32bit结构的低14bits， A 对应了高18bits。编译器只需要简单的截断移位就可以处理这两个域了。

2. 大端

大端系统正好相反，在byte顺序上是高位数据对应least significant byte。在byte内部靠近高位地址的bit对应least significant bit.

数据到达内存的时候
------------------------------------------------------------------------------------
| A0 ... A7 | A8 ... A15 | A16 A17 B0 ... B5 | B6 ... B13 |
    byte0        byte1            byte2           byte3

low address --------------------------------> high address
-------------------------------------------------------------------------------------

大段在物理地址上和传输顺序（文档描述）一模一样，比较容易理解。这也是大端结构设计的初衷。

于是只需要在bit field声明如下结构：
struct{
    UINT32 A:18;
    UINT32 B:14;
}
这样就一目了然了。

3.总结

这些内容如果不是经常使用非常容易混淆，因为小端需要有两个转换，首先是byte顺序，其次是bit顺序。使用的时候最好在pc上多做实验。

对于小端，我之前理解的有个误区，比如0x12345678

我认为仅仅只字节的位置倒置，其实是这个数字的bit全部倒置，而c对一个字节内的操作是不可见的，就是你以为是正序的，其实它是逆序的。

比如，int c = 5;

while(c) {
   cout<<(c&1)<<endl;
   c =c >>1;
   }

我们发现字节是正序排列的，即0101。其实在内存中bit是逆序排列的，1010，只是操作系统对我们隐藏了对bit的操作。

例如，对于这个题目：

typedef struct bitstruct
{
int b1:5;
int :2;
int b2:2;

} bitstruct;
void main()
{
bitstruct b;
memcpy(&b, "EMC EXAMINATION", sizeof(b));
printf("%d,\n", sizeof(b)); //输出4
printf("%d, %d\n", b.b1, b.b2); //输出5，-2

}

在内存中存储的是，0x45 4d 43 20

并且在每个字节内的bit是逆序排列的

内存分布

1	0	1	0	0	0	1	0	1	0	1	1	0	0	……
E								M
0	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12	13	……

b.b1是 10100,对其再次逆序，得00101，得5

b.b2 = 01,对其再次逆序是 10，取其补码是-2

http://blog.youkuaiyun.com/ermuzhi/article/details/7940280

99规定int、unsigned int和bool可以作为位域类型，但编译器几乎都对此作了扩展，允许其它类型类型的存在。使用位域的主要目的是压缩存储，其大致规则为：

1) 如果相邻位域字段的类型相同，且其位宽之和小于类型的sizeof大小，则后面的字段将紧邻前一个字段存储，直到不能容纳为止；
2) 如果相邻位域字段的类型相同，但其位宽之和大于类型的sizeof大小，则后面的字段将从新的存储单元开始，其偏移量为其类型大小的整数倍；
3) 如果相邻的位域字段的类型不同，则各编译器的具体实现有差异，VC6采取不压缩方式，Dev-C++采取压缩方式；
4) 如果位域字段之间穿插着非位域字段，则不进行压缩；
5) 整个结构体的总大小为最宽基本类型成员大小的整数倍。

和结构体一样，位结构体也是按照成员的最大长度字节来对齐分配空间的。

测试:
struct test
{
char a:1;
char :2;
long b:3;
char c:2;
};
test t1;
int len=sizeof(t1); //len=4，前两个位域共用一个char空间，按第三个位域long扩展为4字节空间，最后一个位域占用一个char空间，按最长位域空间扩展为4字节。

structtest
{
char f1 : 3;
short f2 : 4;
char f3 : 5;
};
test t1;
int len=sizeof(t1); //len=2，第一位域占用一个char空间，按第二个位域short扩展为2字节空间，最后一个位域占用一个char空间，按最长位域空间扩展为2字节。

如果位域上的整形范围值是0，则下个位域从新的字节开始，前一字段后面空出的所有字节都不使用(即使是同类型的位域)，如：

structbs
{
unsigned a:4;
unsigned :0; // 空域
unsigned b:4; // 从新字节开始存放
unsigned c:4;
} ;

sizeof(unsigned)== 4

上面这个位域定义中，a占第一字节的4位，第一个字节的后4位以及后面的3个字节都填0表示不使用，b从新的字节开始，占用4位，c占用4位。上面位结构体大小为：8

struct test
{
char a:1;
char :2;
char b:3;
long c:2;
};
test t1;
int len=sizeof(t1); //len=4

struct test
{
char a:1;
char :2;
char b:3;
char c:2;
};
test t1;
int len=sizeof(t1); //len=1

{// test2
union V {
   struct X {
      unsigned char s1:2;
      unsigned char s2:3;
      unsigned char s3:3;
   } x;

   unsigned char c;
} v;

v.c = 100;
printf("%d", v.x.s3);

}

结果：3，从低位开始分配位空间

#include    <iostream>
using   namespace   std;
struct   A
{
char   t:4;
char   k:4;
unsigned   short   i:8;
unsigned   long   m;
}
;
main()
{
struct   A   a;
a.t= 'b ';
cout    < <   a.t < <   endl;

}