Qt 大端模式、小端模式及其转换

　　大端模式和小端模式是计算机中经常涉及到的两种字节序，也有大端对齐、小端对齐、大尾、小尾等叫法。

一、起源

　　说起这两种模式，就不得不提一下大端(Big-endian)和小端(Little-endian)这两个英文上的起源。

　　“endian”一词来源于乔纳森·斯威夫特的小说格列佛游记。Lilliput和Blefuscu这两个强国在过去的36个月中一直在苦战。战争的原因：大家都知道，吃鸡蛋的时候，原始的方法是打破鸡蛋较大的一端（Big-End），可以那时的皇帝的祖父由于小时侯吃鸡蛋，按这种方法把手指弄破了，因此他的父亲，就下令，命令所有的子民吃鸡蛋的时候，必须先打破鸡蛋较小的一端（Little-End），违令者重罚。然后老百姓对此法令极为反感，期间发生了多次叛乱，其中一个皇帝因此送命，另一个丢了王位，产生叛乱的原因就是另一个国家Blefuscu的国王大臣煽动起来的，叛乱平息后，就逃到这个帝国避难。据估计，先后几次有11000余人情愿死也不肯去打破鸡蛋较小的端吃鸡蛋。这个其实讽刺当时英国和法国之间持续的冲突。其中两种方法吃鸡蛋的人分别被称为Big-endians和Little-endians。1980年，Danny Cohen在其著名的论文”On Holy Wars and a Plea for Peace”中，为平息一场关于字节该以什么样的顺序传送的争论，而引用了该词。

二、存储模式

　　接下来就说说为什么会有字节序的问题。

　　计算机在存储数据的时候，是以字节（byte）为基本单位来存储的，因此存储单字节类型的数据（比如char）不存在字节序的问题。但存储多字节的数据的时候（比方说4字节的int变量），就涉及到了以一个什么样的顺序来存储。下面举例来说明大端和小端的存储方式。

　　定义变量 unsigned long long a=0x1122334455667788

　　变量a是一个64位的无符号整数，共需要8个字节来存储，那么在两种模式下是如何存储的呢？

||–1--||–2--||–3--||–4--||–5--||–6--||–7--||–8--|| 地址

|| 11 || 22 || 33 || 44 || 55 || 66 || 77 || 88 || 大端模式

|| 88 || 77 || 66 || 55 || 44 || 33 || 22 || 11 || 小端模式

　　从中很容易可以看出各自的存储特点。

三、需要注意的几个问题

1.大端模式和小端模式是以基本类型为单位的

　　对于long long a 和 struct{ char a;short b;int c;}二者同样占据了8个字节的空间，在存储上，前者上面已经介绍，后者则是先存储一个char，空一个字节，然后按照大端/小端模式存储short，最后按照大端/小端模式存储int。

2.大端模式与小端模式的实际应用范围

　　在我们日常使用的x86架构的计算机中（其他类别的可能会采用大端模式或可配置模式，可以通过查阅资料或者用下文的代码进行测试），都是使用的小端模式，而网络字节序是大端模式的。这就使得在网络通信时进行字节序的转换变得极为重要。比方说，通信双方规定了了通信头为一个4字节的魔数（Magic Number），而一方按着大端序的模式发送，一方按着小端序的模式解读，那么两方的通信就会失败。如果没有这个魔数，而在内部的数据中出现这样的问题则会更加的麻烦。

3.文件存储中的模式

　　文件的存储一般都是以字节来进行操作的，因此，在文件中以什么样的字节序需要程序的编写者加以注意。比方说下面的程序：

1 int a=0x11223344;
2 FILE *fp;
3 fp=fopen("test","wb");
4 fwrite(&a,sizeof(a),1,fp);
5 fclose(fp);

　　用十六进制编辑器打开文件之后，我们会发现文件的内容是44332211。原因很简单，fwrite函数直接把内存中的内容按顺序写入了文件，因此内存中是小端模式存储的，所以写入文件也是小端模式。
四、优缺点

　　大端模式，由于符号位和数值的高位存在地址的低位，会优先被读到，更容易先确定数据的重要信息。

　　小端模式，在进行类型转换的时候不需要调整数据。如int强制转换到char，计算机不需要做任何调整，直接读取int的第一个字节即可。

五、大端和小端的检测

　　对于大端模式和小端模式的检测，可以利用上面所说的强制类型转换。

1 bool isLittleEndian()
2 {
3     short a=0x0061;
4     if((char)a=='a') return true;
5     else return false;
6 }

　　在查阅资料后，还发现了另外一个方法，利用到了被我遗忘很久的一个数据结构，联合体union。

 1 bool isLittleEndian()
 2 {
 3     union
 4     {
 5         short a;
 6         char  b;
 7     }test;
 8     test.a=0x0061;
 9     if(test.b=='a') return true;
10     else return false;
11 }

　　这个方法利用了联合体共用内存的特性，因此回避了强制类型转换。

六、Qt中大端小端的转换

　　Qt中包含了大端小端转换的几个函数

1 T    qFromBigEndian(const uchar * src)
2 T    qFromBigEndian(T src)
3 T    qFromLittleEndian(const uchar * src)
4 T    qFromLittleEndian(T src)
5 void    qToBigEndian(T src, uchar * dest)
6 T    qToBigEndian(T src)
7 void    qToLittleEndian(T src, uchar * dest)
8 T    qToLittleEndian(T src)

　　下面对这个几个函数进行简单的说明。

1 union{
2     int a;
3     char b[4];
4 }test1,test2;
5 test1.a=0x61626364;
6 test2.a=qFromBigEndian(test1.a);
7 qDebug()<<test1.b[0]<<test1.b[1]<<test1.b[2]<<test1.b[3];
8 qDebug()<<test2.b[0]<<test2.b[1]<<test2.b[2]<<test2.b[3];

　　对于qFromBigEndian()函数，它会判断执行程序的主机的字节序，如果是大端模式的计算机，那么只是读取数据，不进行转换，如果是小端模式的计算机，那么则进行转换。
　　因此我在本机（小端模式）上的的执行结果是：

1 d c b a
2 
3 a b c d

　　可以看出，它将数据进行了转换。
　　对于qFromLittleEndian()函数，和前者类似。对于大端模式的计算机进行转换，对于小端模式的计算机只是读取数据。

1 union{
2     int a;
3     char b[4];
4 }test1,test2;
5 test1.a=0x61626364;
6 test2.a=qFromLittleEndian(test1.a);
7 qToBigEndian(test1.a,(uchar*)test2.b);
8 qDebug()<<test1.b[0]<<test1.b[1]<<test1.b[2]<<test1.b[3];
9 qDebug()<<test2.b[0]<<test2.b[1]<<test2.b[2]<<test2.b[3];

　　对于qToBigEndian()函数，也有着上面的规则，对于小端模式的计算机进行转换，对于大端模式的计算机只进行读取。
　　因此，本机（小端模式）的执行结果是：

1 d c b a
2 
3 a b c d

　　对于qToLittleEndian()函数，只对大端模式的计算机进行转换。

　　需要注意的是，Qt中的模板T只针对有符号和无符号的整型，对于浮点型（一般也不会用到），需要进行强制类型转换。