位移是否取决于字节顺序？

Question

假设我有数字 'numb'=1025 [00000000 00000000 00000100 00000001] 代表：

在 Little-Endian 机器上：

00000001 00000100 00000000 00000000

在大端机器上：

00000000 00000000 00000100 00000001

现在，如果我在 10 位上应用左移（即：numb

[A] 在 Little-Endian 机器上：

正如我在 GDB 中注意到的，Little Endian 分 3 个步骤执行左移：[我已经展示了 '3' 个步骤以更好地理解处理过程]

1. 治疗没有。在大端约定中：

   00000000        00000000        00000100    00000001
   

2. 应用左移：

   00000000        00010000        00000100        00000000
   

3. 在 Little-Endian 中再次表示结果：

   00000000        00000100        00010000        00000000 
   

[B]。在大端机器上：

00000000        00010000        00000100        00000000

---

我的问题是：

如果我直接在 Little Endian 上应用左移 约定，它应该给出：

numb:

00000001 00000100 00000000 00000000

numb << 10:

00010000 00000000 00000000 00000000

但实际上，它给出了：

00000000        00000100        00010000        00000000 

为了实现第二个结果，我在上面展示了三个假设步骤。

请解释一下为什么上述两个结果不同：numb << 10的实际结果与预期结果不同。

Answer 1

字节序是值存储在内存中的方式。当加载到处理器中时，无论字节顺序如何，移位指令都会对处理器寄存器中的值进行操作。因此，从内存加载到处理器相当于转换为大端，然后进行移位操作，然后将新值存储回内存中，这就是小端字节顺序再次生效的地方。

更新，感谢@jww：在 PowerPC 上，矢量移位和旋转是字节序敏感的。您可以在向量寄存器中拥有一个值和一个移位will produce different results on little-endian and big-endian。

Answer 2

不，bitshift 与 C 的任何其他部分一样，是根据 值 定义的，而不是表示形式。左移 1 是乘以 2，右移是除法。 （在使用按位运算时，请注意符号性。对于无符号整数类型，一切都是最明确的。）

Answer 3

首先移出高位的移位指令被认为是左移。无论哪个移位指令首先移出低位，都被认为是右移。从这个意义上说，>> 和 << 对 unsigned 数字的行为将不依赖于字节序。

Answer 4

计算机不会像我们那样写下数字。价值只是转移。如果您坚持逐字节查看它（即使计算机不是这样做的），您可以说在小端机器上，第一个字节向左移动，多余的位进入第二个字节，等等。

（顺便说一句，如果您垂直而不是水平写入字节，并且在顶部有更高的地址，那么 little-endian 更有意义。这恰好是通常绘制内存映射图的方式。）

Answer 5

尽管接受的答案指出字节序是内存视图中的一个概念。但我认为这不能直接回答问题。

一些答案​​告诉我，位运算不依赖于字节序，处理器可能以任何其他方式表示字节。无论如何，它是在谈论字节序被抽象化。

但是，例如，当我们在纸上进行一些按位计算时，不需要首先说明字节序吗？大多数时候，我们会隐式选择字节序。

例如，假设我们有这样一行代码

0x1F & 0xEF

你会如何在纸上手工计算结果？

  MSB   0001 1111  LSB
        1110 1111
result: 0000 1111

所以这里我们使用 Big Endian 格式来进行计算。也可以使用 Little Endian 计算，得到同样的结果。

顺便说一句，当我们在代码中编写数字时，我认为它就像是大端格式。 123456 或 0x1F，最重要的数字从左边开始。

再次，一旦我们在纸上写了一些二进制格式的值，我认为我们已经选择了 Endianess，并且我们正在查看我们从内存中看到的值。

回到这个问题，移位操作<< 应该被认为是从 LSB（最低有效字节）转移到 MSB（最高有效字节）。

那么问题中的例子：

numb=1025

小端序

LSB 00000001 00000100 00000000 00000000 MSB

所以 << 10 将是 10bit 从 LSB 转移到 MSB。

---

Little Endian 格式的比较和<< 10 操作一步一步：

MSB                                        LSB
    00000000  00000000  00000100  00000001  numb(1025)
    00000000  00010000  00000100  00000000  << 10

LSB                                        MSB
    00000000  00000100  00010000  00000000 numb(1025) << 10, and put in a Little Endian Format

LSB                                        MSB
    00000001  00000100  00000000  00000000 numb(1205) in Little Endian format
    00000010  00001000  00000000  00000000 << 1 
    00000100  00010000  00000000  00000000 << 2 
    00001000  00100000  00000000  00000000 << 3 
    00010000  01000000  00000000  00000000 << 4
    00100000  10000000  00000000  00000000 << 5
    01000000  00000000  00000001  00000000 << 6
    10000000  00000000  00000010  00000000 << 7
    00000000  00000001  00000100  00000000 << 8
    00000000  00000010  00001000  00000000 << 9
    00000000  00000100  00010000  00000000 << 10 (check this final result!)

哇！我得到了 OP 描述的预期结果！

OP没有得到预期结果的问题是：

1. 他好像没有从 LSB 转到 MSB。

2. 当以 Little Endian 格式移位时，您应该意识到（感谢上帝，我意识到了）：

LSB 10000000 00000000 MSB << 1 是
LSB 00000000 00000001 MSB，不是 LSB 01000000 00000000 MSB

因为对于每个个体8bits，我们实际上是以MSB 00000000 LSB Big Endian 格式编写的。

原来如此

LSB[ (MSB 10000000 LSB) (MSB 00000000 LSB) ]MSB

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总结一下：

1. 虽然据说按位运算是抽象出来的 blablablabla...，但当我们手动计算按位运算时，我们仍然需要知道我们使用的是什么字节序，因为我们在纸上写下二进制格式。此外，我们需要确保所有运算符使用相同的字节序。

2. OP 没有得到预期的结果是因为他换错了。