【C++】十六进制数据的字节序排列问题、大小端

十六进制数据的字节序排列问题，涉及到 大小端（Endianness） 的概念。 包括它与大小端存储方式的关系。

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1. 十六进制数据在内存中的存储

定义的数据

#define FRAME_TYPE_PARAM_SET 0x3001

• 0x3001 是一个 16 位（2 字节）整数。
• 在内存中，0x3001 的存储方式依赖于系统的字节序：
  • 小端模式（Little Endian）：低字节存储在低地址，高字节存储在高地址。
  • 大端模式（Big Endian）：高字节存储在低地址，低字节存储在高地址。

两种存储方式的内存布局

以 0x3001 为例，16 位数值可以拆分为两个字节：

• 高字节：0x30
• 低字节：0x01

模式	存储顺序	内存布局
小端	低字节 -> 高字节	0x01 0x30
大端	高字节 -> 低字节	0x30 0x01

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2. 小端与大端在数据发送中的影响

发送的数据

当你发送 0x3001 时：

• 如果主机采用 小端模式（如 x86 处理器），数据将以小端格式排列发送：
  • 先发送低字节 0x01，再发送高字节 0x30。
• 如果主机采用 大端模式，数据将以大端格式排列发送：
  • 先发送高字节 0x30，再发送低字节 0x01。

监控工具显示

监控工具通常直接按照字节顺序显示数据：

• 如果是 小端发送：
  • 数据在监控中会显示为 0x01 0x30，即你看到的 0130。
• 如果是 大端发送：
  • 数据在监控中会显示为 0x30 0x01，即与定义一致。

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3. 如何确认主机的字节序？

可以通过以下代码确认主机是小端还是大端：

#include <iostream>

int main() {
    uint16_t value = 0x1234;  // 定义一个16位数
    uint8_t* ptr = reinterpret_cast<uint8_t*>(&value);

    if (*ptr == 0x34) {
        std::cout << "Little Endian (小端)" << std::endl;
    } else {
        std::cout << "Big Endian (大端)" << std::endl;
    }

    return 0;
}

• 如果输出 Little Endian，说明主机是小端模式（大多数处理器如 x86、ARM 默认是小端）。
• 如果输出 Big Endian，说明主机是大端模式。

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4. 如何解决发送时的字节序问题？

如果协议要求以 大端模式 发送数据（即高字节在前），而你的主机是 小端模式，需要在发送之前进行字节序转换。

使用系统提供的字节序转换函数

在 POSIX 系统（Linux、Windows）中，可以使用以下函数：

• htons：将 16 位整数从主机字节序转换为网络字节序（大端）。
• htonl：将 32 位整数从主机字节序转换为网络字节序（大端）。

示例：

#include <arpa/inet.h>  // 或 winsock2.h

uint16_t value = 0x3001;
uint16_t bigEndianValue = htons(value);  // 转换为大端

手动实现字节序转换

也可以通过位运算手动转换：

uint16_t toBigEndian(uint16_t value) {
    return (value >> 8) | (value << 8);
}

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5. 总结

现象

• 代码中定义的 0x3001 在内存中是按字节存储的。
• 主机是小端模式时，低字节（0x01）会在前，发送时的顺序也是低字节在前，因此VS监控工具显示 0130。

涉及知识点

• 大小端模式（Endianness）：
  • 小端：低字节在前（如 0x01 0x30）。
  • 大端：高字节在前（如 0x30 0x01）。
• 网络字节序：
  • 大端是网络协议的通用字节序。
  • 如果主机是小端，需要在发送前进行字节序转换。

现象

• 如果协议要求大端格式，使用字节序转换函数（如 htons）确保发送的数据符合协议。
• 如果协议明确允许小端格式，可以直接发送，不需要额外处理。