字節(jié)序、字節(jié)對齊的理解

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1、1、前言作為一名C/C++程序員，字節(jié)是我們天天都要與之打交道的一個東西。我們和它熟稔到幾乎已經(jīng)忘記了它的存在?？墒?，它自己是不甘寂寞的，或遲或早地，總會在某些時候探出頭來張望，然后給你一個腿兒絆。其實，只要你真正了解了它的底細(xì)，你就會暢行無阻。在本文中，我們將首先簡要了解一下字節(jié)的概念，然后著重了解一下字節(jié)序問題和字節(jié)對齊問題。2、什么是字節(jié)我們知道，二進(jìn)制計算機(jī)（也就是我們目前接觸到的幾乎所有的計算機(jī)）的最小數(shù)據(jù)單位是位（bit）。一位數(shù)據(jù)只能夠表示兩種含義（需要說明，盡管我們通常把單個位表示的兩種含義選擇為相互對立的含義，但這并不是必然的，例如你可以認(rèn)為1代表5個人，0

2、代表8個人），對于絕大多數(shù)的計算要求，單個位顯然不能滿足。因此，我們通常都會使用一連串的位，我們可以稱之為位串（bitstring，請愛好質(zhì)疑的的朋友注意，此術(shù)語非我杜撰）。由于種種原因，計算機(jī)系統(tǒng)都不會讓你使用任意長度的位串，而是使用某個特定長度的位串。一些常見的位串長度形式具有約定好的名稱，如，半字節(jié)（nibble，貌似用的不多）代表四個位的組合，字節(jié)（byte，主角出場?。┐?個位的組合。再多的還有，字（word）、雙字（Doubleword，通常簡寫為Dword）、四字（Quadword，經(jīng)常簡寫為Qword）、十字節(jié)（Tenbyte，也簡寫為Tbyte）。在這些里

3、面，字（word）有時表示不同的含義。在Intel體系里，word表示一個16位的數(shù)值，它是固定大小的。而在另外一些場合，word表示了CPU一次可處理的數(shù)據(jù)的位數(shù)，表示一個符合CPU字長（word-length）的數(shù)目的位串。事實上我們接觸較多的ARM體系中，word就有不同的含義，它表示一個32位的數(shù)據(jù)（與機(jī)器字長相同），對于16位大小的數(shù)據(jù)，ARM使用了另外的一個術(shù)語，叫作半字（half-word），請大家在文檔閱讀時加以注意。另外，Qword也是Intel體系中的術(shù)語，其他的體系中可能并不使用。在本文中，我們按照Intel的慣例來使用字或者word這一術(shù)語。一個字節(jié)中

4、共有8個數(shù)據(jù)位，有時需要用圖表逐位表述各個位。習(xí)慣上，我們按照下面的圖來排列各個位的順序，即，按照從右到左的順序，依次為最低位（從第0位開始）到最高位（對于字節(jié)，則是第7位）：字節(jié)是大多數(shù)現(xiàn)代計算機(jī)的最小存儲單元，但這并不代表它是計算機(jī)可以最高效地處理的數(shù)據(jù)單位。一般的來說，計算機(jī)可以最高效地處理的數(shù)據(jù)大小，應(yīng)該與其字長相同。在目前來講，桌面平臺的處理器字長正處于從32位向64位過渡的時期，嵌入式設(shè)備的基本穩(wěn)定在32位，而在某些專業(yè)領(lǐng)域（如高端顯卡），處理器字長早已經(jīng)達(dá)到了64位乃至更多的128位。3、字節(jié)序問題的由來對于字、雙字這些多于一個字節(jié)的數(shù)據(jù)，如果把它們放置到內(nèi)存中

5、的某個位置上，可以看出，我們還可以將之看作是字節(jié)的序列。一個字是兩個字節(jié)，雙字則是四個字節(jié)。假設(shè)有以下數(shù)據(jù)：0x12345678、0x9abcdef0。在此處，我使用了我們最習(xí)慣的十六進(jìn)制表示法，并給出了兩個雙字的值。按照慣例，我把雙字的左側(cè)視為高端，而把右側(cè)視為低端。把它們順序放置在起始地址為0的內(nèi)存中，如下圖所示：由圖示可知，0x9abcdef的相應(yīng)地址為0x04?，F(xiàn)在，問題來了，如果有一個內(nèi)存操作，要從地址0x06處讀取一個字，得到的結(jié)果是多少呢？答案是：不一定。這里的本質(zhì)問題在于，如何把多字節(jié)的對象存儲到內(nèi)存中去呢？即使使用最正常的思維去考慮這個問題，你也會發(fā)現(xiàn)有兩種

6、方法。第一種方法是，把最低端的字節(jié)放到指定的起始位置（即基地址處），然后按照從低到高的字節(jié)順序把其余字節(jié)依次放入，如下圖a；另一種方法非常類似，但是對高端字節(jié)和低端字節(jié)的處理順序正好相反，如下圖b（我確信你還可以想出其他的方法，但是除二字節(jié)的情況外，必然會打破字節(jié)排列順序的一致性，我視之為反常規(guī)思維的產(chǎn)物，此處暫不考慮）。圖a圖b在很久之前，哪一種存儲方式更為合理曾經(jīng)有過爭論。到今天，爭論的結(jié)果已經(jīng)無關(guān)緊要了，緊要的是以下事實：這兩種存儲方式都被應(yīng)用到了現(xiàn)實的計算機(jī)系統(tǒng)中。上圖a中的排列方式為Intel所采用并大行其道，而圖b的排列方式則被大多數(shù)的其他平臺采用（如最近被蘋果公

7、司徹底拋棄的PowerPC），因此上，我們不能稱之為罕見的用法。之所以造成事實上的不經(jīng)常見到，其原因正如我今天中午所得到的消息：Intel的CPU占整個市場份額的80%以上。這兩種排列方式通常用小端（littleendian）和大端（bigendian）來稱謂。這兩個奇怪的名字據(jù)說來源于童話《格列佛游記》，其中小人國里的公民為了雞蛋到底是應(yīng)該從小的一頭打開還是大的一頭打開而大起爭執(zhí)。Intel的方式對應(yīng)于“小端”，順便說一句，大端的方式也有一個大公司的名字作為其代表，即最近開始沒落的Motorola。如