二进制值、位移位和字节顺序

Question

我正在观看有关序列化的视频教程。 在视频中，作者创建了一个std::vector<int8_t> ，他正在向其中逐字节写入整数类型变量的值。

因此，如果我们采用int32_t变量，它将采用该向量的 4 个元素。 他这样做的方法是将这个变量的二进制值移动相应的位数。 我明白为什么要这样做。 例如，如果我们采用值76745 ，向量值将类似于 {0, 1, 43, -55}。

这是我这边稍微简化的方法：

template <typename T>
void encode(std::vector<int8_t> *buffer, int16_t *iterator, T value)
{
    for (size_t i = 0; i < sizeof(T); ++i)
    {
        (*buffer)[(*iterator)++] = value >> ((sizeof(T) * 8 - 8) - i*8); 
    }
}

现在，我担心的是，他声称我们需要这样做才能将数字转换为小端。 我不认为是这种情况，因为据我了解，字节序是数字在 memory 中的表示方式。当我们对一个值进行操作时，例如，我们是对二进制值进行操作，所以它有与字节顺序无关，就像我在这里读到的一样。

正如他所说，他继续提供一段代码来测试机器是否是小端：

bool IsLittleEndian() // weirdest
{
    int8_t a = 5;
    std::string res = std::bitset<8>(a).to_string();
    std::cout << res << '\n';
    return (res.back() == '1');
}

这再次让我怀疑，因为根据我的阅读， bitset不依赖于字节顺序。 （此外，如果 5 的最后一位是 1，那么它应该是 big-endian，所以我确定他这边发生了混淆。）

有人可以确认我的理解是否正确吗？ 我很乐意回答任何需要澄清的问题。

他的其他内容质量很高，所以我真的很想继续学习教程，但我需要弄清楚这一点。

Answer 1

您的理解是正确的：字节顺序与算术运算和bitset::to_string()无关。 无论底层实现细节如何，两者都以完全相同的方式工作，并且根本没有“位字节序”，请参见此处。 为此，您可以在三元苏联计算机上运行您的代码，程序的行为将是相同的。

字节顺序在 C++中影响的是实现定义的东西，如 memory 布局和字节表示。 人们可以利用它来使用std::memcpy和reinterpret_cast来有效地（反）序列化整数。 但是，如果您在理论上想要更多的可移植性，请注意严格的别名规则。

可以说encode function 以小端方式将 integer 转换为字节数组：较低的字节具有较低的地址，并且无论底层系统的字节顺序如何，都会发生这种情况。 当您希望在不同系统上使用相同的序列化协议时，这可能很有用。

然而，它仍然不是encode function 所做的：它将最高字节存储在低地址中，等等。因此它实际上是以大端方式对value进行编码。

Answer 2

第一部分有点道理。 第二部分没那么多。

如果您只是将std::copy value的字节放入buffer ，即

template <typename T>
void encode(std::vector<uint8_t>& buffer, size_t& position, T value)
{
    uint8_t* bytes = reinterpret_cast<uint8_t*>(&value);
    std::copy(bytes, bytes + sizeof(value), &buffer[position]);
    position += sizeof(T);
}

无论平台使用什么顺序，您最终都会得到包含value字节的buffer 。 也就是说， encode(buffer, n, 0x01020304)会导致buffer在小端系统上包含{0x04, 0x03, 0x02, 0x01} ，在大端系统上包含{0x01, 0x02, 0x03, 0x04} 。

使用位移来提取值的每个字节回避了这个问题，因为位移操作不反映平台字节序。 n & 0xFF将始终为您提供 n 的最低有效字节， ( n (n >> 8) & 0xFF是下一个最重要的字节，依此类推。

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第二部分根本没有意义。 那IsLittleEndian function 是胡说八道。 Endianness 是字节顺序，而不是位顺序。 一个int8_t ，只有一个字节，永远不会告诉你任何关于平台字节顺序的信息。