C/C++字节序的深入理解

字节序

        最近在看 redis 的内存编码，里面涉及到字节序相关的内容。这里就当复习一下，做个简单的回顾。

        数据存储在内存中，是以字节为单位的，如果是单字节数据（如char、unsigned char、int8）就不会有字节序的问题。但是多字节数据（如 int、float、double）就要考虑字节序的问题了。字节序共分为两种：大端序 和 小端序。

大端序

        数据的高位字节存储在地址的低端；低位字节存储在地址的高端。如图所示，值为 0x12345678 的四字节整数在大端序的主机上的内存排布。

小端序

        数据的高位字节存储在地址的高端；低位字节存储在地址的低端。如图所示，值为 0x12345678 的四字节整数在小端序的主机上的内存排布。

主机字节序和网络字节序

         除了主机字节序，还有网络字节序。主机字节序由CPU决定，Intel Core 经测试都是小端字节序。而网络字节序采用的是大端序。测试字节序可以通过一段 C 的源码搞定。

#include <stdio.h>
 
int main(int argc, char *argv[]) {
    int i;
    int x = 0x12345678;
    for (i = 0; i < sizeof(int); ++i) {
        unsigned char *p = ((unsigned char *)(&x)) + i;
        unsigned char v = *p;
        printf("%p 0x%d%d\n", p, v>>4, v & 0xf );
    }
    return 0;
}

         取得整数 x 的首地址转换成 unsigned char* 指针后再向前偏移 i 个单位，分别得到这 sizeof(int) 个字节的地址，然后用 * 取得每个地址上的值，通过位运算转换成 16进制 输出。
         Linux 系统可以通过指令获取 CPU 的类型：

cat /proc/cpuinfo | grep name | cut -f2 -d: | uniq -c
4  Intel(R) Core(TM) i3-2120 CPU @ 3.30GHz

大端序和小端序的互转

        大端序和小端序的互相转换，其实就是内存翻转，在知道一个整数或者一个指针的字节数的时候，就是做一个镜像的交换。这里以 64位 整型为例：

void memrev64(void *p) {
    unsigned char *x = p, t;
 
    t = x[0];
    x[0] = x[7];
    x[7] = t;
    t = x[1];
    x[1] = x[6];
    x[6] = t;
    t = x[2];
    x[2] = x[5];
    x[5] = t;
    t = x[3];
    x[3] = x[4];
    x[4] = t;
}
 
uint64_t intrev64(uint64_t v) {
    memrev64(&v);
    return v;
}

        64位整数的字节数为8，所以在字节序进行转换的时候：
        第0个字节和第7个字节交换；
        第1个字节和第6个字节交换；
        第2个字节和第5个字节交换；
        第3个字节和第4个字节交换；
        对于 32位整数、16位整数的情况，就更加简单了，不再累述。