面试官：你能用Go写段代码判断当前系统的存储方式吗？

深藏阁楼爱情的钟 2022-11-14 13:18 19阅读 0赞

## 前言 ##

> 哈喽，大家好，我是`asong`。今天想与大家聊一聊计算机硬件中的两种储存数据的方式：大端字节序（big endian）、小端字节序（little endian）。老实说，我第一次知道这个概念还是在学习单片机的时候，不过当时学完就忘了，真正长记性是在面试的时候，面试官问我：你能用`C`语言写段代码判断机器的字节序吗？你一定好奇为什么要用`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，其实当时的我是懵逼的，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）。

> 本文的所有代码已经上传`github`：https://github.com/asong2020/Golang\_Dream/tree/master/code\_demo/endian\_demo；欢迎\*\*`star`\*\*
> 
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## 为什么有大小端之分 ##

我一直都不理解，为什么要有大小端区分，尤其是小端，总是会忘记，因为他不符合人类的思维习惯，但存在即为合理，存在就有他存在的价值。这里有一个比较合理的解释：计算机中电路优先处理低位字节，效率比较高，因为计算机都是从低位开始的，所以计算机内部处理都是小端字节序。但是我们平常读写数值的方法，习惯用大端字节序，所以除了计算机的内部，其他场景大都是大端字节序，比如：网络传输和文件储存时都是用的大端字节序。

![c2543eeeb7e653880b2f5b45840401de.png][]

所以大小端问题很可能与硬件或者软件的创造者们有关，实际在计算机工业应用上，不同的操作系统和不同的芯片类型都有所不同。不同的系统设计不同，所以我们也没必要深究为什么要有这个区分，只需要知道他们的原理就好了。

## 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；

这么说也有点模糊，还是配个图来看更清晰：

我们来看一看数值`0x1A2B3C4D`在大端与小端的表现形式，这里我们假设地址是从`0x4000`开始：

![819a754b9da2a673e480a9873f217d10.png][]

上图所示：大端和小端的字节序最小单位是1字节(8bit)，大端字节序就和我们平时的写法顺序一样，从低地址到高地址写入`0x1A2B3C4D`，而小端字节序就是我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，所以分享一个我自己记忆的小技巧：

大端：高低高低，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；

## 如何使用`Go`区分大小端 ##

计算机处理字节序的时候，不知道什么是高位字节，什么是低位字节。它只知道按顺序读取字节，先读取第一个字节，再读取第二个字节，所以说我就可以根据这个特性来读判断大小端。

在使用`Go`语言实现之前，还是想再用`C`语言实现一遍，因为这是我一生的痛，毕竟在面试的时候没写出来。

可以利用`C`语言中`union`各字段共享内存的特性，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相对于**该联合体基地址的偏移量为 0 处开始**，也就是联合体的访问不论对哪个变量的存取都是**从 union 的首地址位置开始**，**联合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，联合里不同存储区的内存是重叠的，修改了任何一个其他的会受影响。所以我们可写出代码如下：

#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;
    }
    
    // 运行结果(不同系统运行结果会有不同)
    result is 2
    it is little endian%

现在我们来思考一下，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，换一个方法来实现啦，我们可以通过将`int32`类型(4字节)强制转换成`byte`类型(单字节)，判断起始存储位置内容来实现，因为`Go`不支持强制类型转换，我们可以借助`unsafe`包达到我们的要求，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())
    }
    // 运行结果：ture

## 大小端字节序转化 ##

这里大家可能会有疑惑，为什么要有大小端转化，这是因为在涉及到网络传输、文件存储时，因为不同系统的大小端字节序不同，这是就需要大小端转化，才能保证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，所以在不了解这个知识点的时候，通信的数据就是乱的，导致我调试了好久。

大小端的转换其实还算比较简单，通过位操作就可以实现，这里我们用`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，就是这么简单，这里也很简单，就不细讲了。

其实`go`官方库`encoding/binary`中已经提供了大小端使用的库，我们要想进行大小端转换，完全可以使用官方库，没必要自己造轮子。我们看一下这个库怎么使用：

// 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("使用大端字节序输出结果：",binary.BigEndian.Uint32(by))
     little := binary.LittleEndian.Uint32(by)
     fmt.Println("大端字节序使用小端输出结果：",little)
    }
    // 结果：
    转换成大端后  [0 0 0 10]
    使用大端字节序输出结果： 10
    大端字节序使用小端输出结果： 167772160

### `grpc`中对大端的应用 ###

大家对`gRPC`一定很熟悉，最近在看`gRPC`源码时，看到`gRPC`封装`message`时，在封装`header`时，特意指定了使用大端字节序，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 ##

在本文的最后我们再来做一下总结：

*  大端小端是不同的字节顺序存储方式，统称为**字节序**
 *  **大端**：是指数据的高字节位 保存在 内存的低地址中，而数据的低字节位 保存在 内存的高地址中。这样的存储模式有点儿类似于把数据当作字符串顺序处理：地址由小向大增加，而数据从高位往低位放。和我们”从左到右“阅读习惯一致。
 *  **小端**：是指数据的高字节位 保存在 内存的高地址中，而数据的低字节位 保存在 内存的低地址中。这种存储模式将地址的高低和数据位权有效地结合起来，高地址部分权值高，低地址部分权值低，和我们的逻辑方法一致
 *  **区分**：计算机处理字节序的时候，不知道什么是高位字节，什么是低位字节。它只知道按顺序读区字节，先读取第一个字节，再读取第二个字节，所以说我就可以根据这个特性来读判断大小端。
 *  **转换**：通过位操作就可以实现，具体可以使用标准库`encoding/binary`；

本文的所有代码已经上传`github`：https://github.com/asong2020/Golang\_Dream/tree/master/code\_demo/endian\_demo；欢迎\*\*`star`\*\*

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[defer]: https://mp.weixin.qq.com/s?__biz=MzIzMDU0MTA3Nw%3D%3D&idx=1&mid=2247484410&scene=21&sn=f3bf9d49c5a746b217a4d404d2a573f3#wechat_redirect
[Link 1]: https://mp.weixin.qq.com/s?__biz=MzIzMDU0MTA3Nw%3D%3D&idx=1&mid=2247484616&scene=21&sn=48ca0a39b351a7a66cc96b9827801e29#wechat_redirect
[Leaf_Segment_ID_Golang]: https://mp.weixin.qq.com/s?__biz=MzIzMDU0MTA3Nw%3D%3D&idx=1&mid=2247484313&scene=21&sn=6859d5eec70a1b3844f3bd2fc430742c#wechat_redirect
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[Context]: https://mp.weixin.qq.com/s?__biz=MzIzMDU0MTA3Nw%3D%3D&idx=1&mid=2247483915&scene=21&sn=d2df74f983fcaedc50db1962d4d3e873#wechat_redirect
[Link 4]: https://mp.weixin.qq.com/s?__biz=MzIzMDU0MTA3Nw%3D%3D&idx=1&mid=2247484605&scene=21&sn=00e1b1a823034c60424007466da84cde#wechat_redirect