关于golang:教你用golang判断大小端字节序

前言

哈喽，大家好，我是 asong 。明天想与大家聊一聊计算机硬件中的两种贮存数据的形式：大端字节序（big endian）、小端字节序（little endian）。诚实说，我第一次晓得这个概念还是在学习单片机的时候，不过过后学完就忘了，真正长忘性是在面试的时候，面试官问我：你能用C 语言写段代码判断机器的字节序吗？你肯定好奇为什么要用 C 语言写，傻瓜，这是我大学的时候面试嵌入式岗位呀。扯远啦，其实过后的我是懵逼的，早就忘了什么大端、小端了，所以遗憾的错过嵌入式行业，进入了互联网行业（手动狗头）。

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为什么有大小端之分

我始终都不了解，为什么要有大小端辨别，尤其是小端，总是会遗记，因为他不合乎人类的思维习惯，但存在即为正当，存在就有他存在的价值。这里有一个比拟正当的解释：计算机中电路优先解决低位字节，效率比拟高，因为计算机都是从低位开始的，所以计算机外部解决都是小端字节序。然而咱们平时读写数值的办法，习惯用大端字节序，所以除了计算机的外部，其余场景大都是大端字节序，比方：网络传输和文件贮存时都是用的大端字节序。

所以大小端问题很可能与硬件或者软件的创造者们无关，理论在计算机工业利用上，不同的操作系统和不同的芯片类型都有所不同。不同的零碎设计不同，所以咱们也没必要深究为什么要有这个辨别，只须要晓得他们的原理就好了。

什么是大端、小端

大端模式：高位字节排放在内存的低地址端，低位字节排放在内存的高地址端;

小端模式：低位字节排放在内存的低地址端，高位字节排放在内存的高地址端；

这么说也有点含糊，还是配个图来看更清晰：

咱们来看一看数值 0x1A2B3C4D 在大端与小端的表现形式，这里咱们假如地址是从 0x4000 开始：

上图所示：大端和小端的字节序最小单位是 1 字节 (8bit)，大端字节序就和咱们平时的写法程序一样，从低地址到高地址写入0x1A2B3C4D，而小端字节序就是咱们平时的写法反过来，因为字节序最小单位为1 字节，所以从低地址到高地址写入0x4D3C2B1A。

因为大端、小端很容易混记，所以分享一个我本人记忆的小技巧：

大端：高下高下，也就是高位字节排放在内存低地址端，高地址端存在低位字节；

小端：高高低低；也就是高位字节排放在内存的高地址端，低位字节排放在内存的低地址端；

如何应用 Go 辨别大小端

计算机解决字节序的时候，不晓得什么是高位字节，什么是低位字节。它只晓得按程序读取字节，先读取第一个字节，再读取第二个字节，所以说我就能够依据这个个性来读判断大小端。

在应用 Go 语言实现之前，还是想再用 C 语言实现一遍，因为这是我毕生的痛，毕竟在面试的时候没写进去。

能够利用 C 语言中 union 各字段共享内存的个性，union 型数据所占的空间等于其最大的成员所占的空间，对 union 型的成员的存取都是绝对于 该联合体基地址的偏移量为 0 处开始 ，也就是联合体的拜访不管对哪个变量的存取都是 从 union 的首地址地位开始 ， 联结是一个在同一个存储空间里存储不同类型数据的数据类型。这些存储区的地址都是一样的，联结里不同存储区的内存是重叠的，批改了任何一个其余的会受影响。所以咱们可写出代码如下：

#include "stdio.h"


// big_endian: 1 
// little_endian: 2
int IsLittleEndian() {
    union {
        short value;
        char array[2];
    } u;
    u.value = 0x0102;
    if (u.array[0] == 1 && u.array[1] == 2){return 1;}else if (u.array[0] == 2 && u.array[1] == 1){return 2;}
    return -1;
}

int main() {
    
    int res;
    res = IsLittleEndian();
    printf("result is %d\n",res);
    if (res == 1) {printf("it is big endian");
    }
    if (res == 2){printf("it is little endian");
    }
    return 0;
}

// 运行后果(不同零碎运行后果会有不同)
result is 2
it is little endian% 

当初咱们来思考一下，怎么用 Go 语言验证大小端，Go中是没有 union 这个关键字，那就要另辟蹊径，换一个办法来实现啦，咱们能够通过将 int32 类型 (4 字节) 强制转换成 byte 类型 (单字节)，判断起始存储地位内容来实现，因为Go 不反对强制类型转换，咱们能够借助 unsafe 包达到咱们的要求，写出代码如下：

package main

import (
    "fmt"
    "unsafe"
)

func IsLittleEndian()  bool{
    var value int32 = 1 // 占 4byte 转换成 16 进制 0x00 00 00 01 
  // 大端(16 进制)：00 00 00 01
  // 小端(16 进制)：01 00 00 00
    pointer := unsafe.Pointer(&value)
    pb := (*byte)(pointer)
    if *pb != 1{return false}
    return true
}

func main()  {fmt.Println(IsLittleEndian())
}
// 运行后果：ture

大小端字节序转化

这里大家可能会有纳闷，为什么要有大小端转化，这是因为在波及到网络传输、文件存储时，因为不同零碎的大小端字节序不同，这是就须要大小端转化，能力保障读取到的数据是正确的。我在大学时做 arm 和dsp通信的时候，就遇到个大小端转换的问题，因为 arm 是小端，dsp是大端，所以在不理解这个知识点的时候，通信的数据就是乱的，导致我调试了良久。

大小端的转换其实还算比较简单，通过位操作就能够实现，这里咱们用 uint32 类型作为例子：

func SwapEndianUin32(val uint32)  uint32{return (val & 0xff000000) >> 24 | (val & 0x00ff0000) >> 8 |
        (val & 0x0000ff00) << 8 | (val & 0x000000ff) <<24
}

是的，你没看错，就是这么简略，这里也很简略，就不细讲了。

其实 go 官网库 encoding/binary 中曾经提供了大小端应用的库，咱们要想进行大小端转换，齐全能够应用官网库，没必要本人造轮子。咱们看一下这个库怎么应用：

// use encoding/binary
// bigEndian littleEndian
func BigEndianAndLittleEndianByLibrary()  {
    var value uint32 = 10
    by := make([]byte,4)
    binary.BigEndian.PutUint32(by,value)
    fmt.Println("转换成大端后",by)
    fmt.Println("应用大端字节序输入后果：",binary.BigEndian.Uint32(by))
    little := binary.LittleEndian.Uint32(by)
    fmt.Println("大端字节序应用小端输入后果：",little)
}
// 后果：转换成大端后  [0 0 0 10]
应用大端字节序输入后果：10
大端字节序应用小端输入后果：167772160

grpc中对大端的利用

大家对 gRPC 肯定很相熟，最近在看 gRPC 源码时，看到 gRPC 封装 message 时，在封装 header 时，特意指定了应用大端字节序，源码如下：

// msgHeader returns a 5-byte header for the message being transmitted and the
// payload, which is compData if non-nil or data otherwise.
func msgHeader(data, compData []byte) (hdr []byte, payload []byte) {hdr = make([]byte, headerLen)
    if compData != nil {hdr[0] = byte(compressionMade)
        data = compData
    } else {hdr[0] = byte(compressionNone)
    }

    // Write length of payload into buf
    binary.BigEndian.PutUint32(hdr[payloadLen:], uint32(len(data)))
    return hdr, data
}

结尾

在本文的最初咱们再来做一下总结：

• 大端小端是不同的字节顺序存储形式，统称为 字节序
• 大端：是指数据的高字节位 保留在 内存的低地址中，而数据的低字节位 保留在 内存的高地址中。这样的存储模式有点儿相似于把数据当作字符串程序解决：地址由小向大减少，而数据从高位往低位放。和咱们”从左到右“浏览习惯统一。
• 小端：是指数据的高字节位 保留在 内存的高地址中，而数据的低字节位 保留在 内存的低地址中。这种存储模式将地址的高下和数据位权无效地联合起来，高地址局部权值高，低地址局部权值低，和咱们的逻辑办法统一
• 辨别：计算机解决字节序的时候，不晓得什么是高位字节，什么是低位字节。它只晓得按程序读区字节，先读取第一个字节，再读取第二个字节，所以说我就能够依据这个个性来读判断大小端。
• 转换：通过位操作就能够实现，具体能够应用规范库encoding/binary；

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