字节序与类型转换

Question

32位无符号整数表示的数字4，在大端序机器上是：

00000000 00000000 00000000 00000100（最高有效字节在前）

在小端序机器上是：

00000100 00000000 00000000 00000000（最高有效字节在后）

作为8位无符号整数，它在这两种机器上都表示为00000100。

现在，当将8位无符号整数转换为32位时，我总是认为在大端序机器上就是在现有字节前面添加24个零，并在小端序机器上在末尾添加24个零。但是，有人指出，在这两种情况下都是在前面添加零而不是在末尾添加零。但是，在小端序情况下，00000100不会成为最高有效字节吗？这不会导致一个非常大的数字吗？请解释我哪里错了。

- ivanibash

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这不应该是实现/架构相关的吗？ - webuster

强制类型转换作用于被转换的值，而不是原始字节。 - Michael Burr

强制类型转换/类型转换操作针对的是数学上的值；(uint32_t)myByte 的值与 myByte 的值相同。 - Oliver Charlesworth

@IvanInTheHat：在幕后，无论需要什么来保持数学价值。 - Oliver Charlesworth

再次强调，位移操作是基于数值的运算定义的，而不是基于内存中比特物理顺序的。 - Oliver Charlesworth

Answer 1

如果你考虑数学价值（它恰好也是大端表示），那么前导0将被添加。

C中的强制转换始终致力于保留值，而不是表示。例如，(int)1.25 的结果（*见下文）为1，而不是一些没有多少意义的东西。

正如在评论中讨论的那样，同样适用于位移（以及其他按位操作）。无论大小端，50 >> 1 == 25。

（*注：通常取决于浮点数->整数转换的舍入模式）

简而言之：C语言中的运算符操作基于数学值，而不考虑表示方式。有一个例外是当您将指针强制转换为该值（如(char*)&foo）时，因为这实质上是相同数据的不同“视图”。

- Tim Čas

Answer 2

我不确定这是否回答了你的问题，但我会尝试着回答：

如果您使用 char 变量并将其强制转换为 int 变量，则在两种架构上都会得到完全相同的结果：

char c = 0x12;
int  i = (int)c;     // i == 0x12 on both architectures

如果你将一个int类型的变量强制转换成一个char类型的变量，那么在两种架构上都会得到完全相同的结果（可能被截断）：

int  i = 0x12345678;
char c = (char)i;    // c == 0x78 on both architectures

但是，如果您使用char*指针读取一个int变量，则在每个体系结构上都会得到不同的结果：

int  i = 0x12345678;
char c = *(char*)&i; // c == 0x12 on BE architecture and 0x78 on LE architecture

上述示例假设 sizeof(int) == 4 （在某些编译器上可能不同）。

- barak manos

Answer 3

粗略地说，“字节序”是处理器查看存储在内存中的数据的属性。这意味着当特定的数据被带到CPU时，所有处理器都以相同的方式查看它。

例如：

int a = 0x01020304;

无论是小端还是大端机器，当存储在寄存器中时，04始终是最不重要的字节，01始终是最重要的字节。

问题出现在必须将此变量/数据存储在内存中时，因为内存是“按字节寻址”的。最重要的字节01应该放在最低的内存地址（大端）还是最高的内存地址（小端）？

在您的特定示例中，您展示的是表示方式，处理器看到的是LS/MS字节。

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从技术上讲，小端和大端机器都会有以下内容：

00000000 00000000 00000000 00000100

在其32位宽寄存器中。当然，假设您在内存中有一个表示“4”的32位宽整数。如何将此“4”存储到/从内存检索是关于字节序的问题。

- Cheshar