为什么std::bitset以小端方式暴露位？

Question

当我使用std::bitset<N>::bitset(unsigned long long)时，这会构造一个bitset对象，如果我通过operator[]访问它，位似乎以小端模式排序。例如:

std::bitset<4> b(3ULL);
std::cout << b[0] << b[1] << b[2] << b[3];

输出的结果是1100，而不是0011，也就是说最后一位（或 LSB）在较小的地址，即索引0处。

查阅标准后，它说：

将前M位位置初始化为val中相应的位值

程序员自然地想到二进制位从LSB到MSB（从右到左），因此前M位位置显然是LSB→MSB，所以第0位的位数是b[0]。

然而，在进行移位操作时，定义如下：

E1 << E2的值是将E1向左移动E2位；空出的位将填充零。

在这里，必须将E1中的位解释为从MSB→LSB，并将其向左移动E2次。如果按照LSB→MSB编写，那么只有向右移动E2次才能得到相同的结果。

我很惊讶在C++的其他地方，该语言似乎呈现了自然的（英语；从左到右）书写顺序（在进行位运算（如移位等）时）。为什么这里要与众不同呢？

- legends2k

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b[0]打印的是最低有效位（LSB）。我不明白你是如何从这个中得出“小端序”的。当你将其作为字符串打印时，输出为最高有效位（MSB）--> 最低有效位（LSB）。 - Prismatic

@Pris little-endian 意味着最后一位数字在小地址（低索引，0），阿拉伯数字系统是大端的，即最后一位（LSB）在较高的地址（索引从左到右）因此它很大，在这里则相反，变成了小端。如果你不确定字节序，请阅读此文。 - legends2k

位集合的索引与字节序的任何考虑都不同。索引零是最低有效位（LSB）。字节序与此无关。 - Prismatic

请理解，我使用“小端”这个词只是为了给这种排序命名，我非常清楚标准没有大小端的概念。从阅读问题可以看出，我问的只是为什么实现会将标准中的引用解释为小端，而不是大端？ - legends2k

Answer 1

就标准而言，不存在字节序的概念。对于 std::bitset，[template.bitset]/3 定义了位位置：

在类 bitset<N> 对象和某种整数类型值之间进行转换时，位位置 pos 对应于位值 1<<pos。两个或多个位对应的整数值是它们的位值之和。

根据您的标准引用使用这个位位置定义：

将前 M 个位位置初始化为 val 中相应的位值

如果二进制表示中的 val 是 11，则生成一个 bitset<N> b，其中 b[0] = 1，b[1] = 1，其余位设为 0。

- Pradhan

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正是我想要的，谢谢！我的困惑源于对位移运算符的定义的思考：E1 << E2 的值是将 E1 左移 E2 位 位置；空出的位填充为零。_ 为了理解它，应该将 E1 想象成（MSB->LSB）大端序（否则它意味着右移以获得相同的效果）。我认为标准在这里暗示了大端序，而在 bitset 中似乎采用了小端序。然而，标准随后澄清道：_结果的值为 E1 × 2^E2，对结果类型中可表示的最大值再加一取模。 - legends2k

Answer 2

这与比特通常的编号方式一致-比特0代表2⁰，比特1代表2¹等等。这与架构的字节顺序无关，字节顺序涉及的是字节而不是位的排序。

- Mark Ransom