long long 类型在内存中的表示

Question

我想从 8 字节类型中提取字节，例如 char func(long long number, size_t offset) 所以对于偏移量 n，我将得到第 n 个字节（0 <= n <= 7）。在这样做的同时，我意识到我不知道 8 字节变量在内存中的实际表示方式。我希望你能帮我弄清楚。我首先写了一个简短的 python 脚本来在每个字节

中打印由 As（ascii 值 65）组成的数字

sumx = 0
for x in range(8):
    sumx += (ord('A')*256**x)
    print('x {} sumx {}'.format(x,sumx))

输出为

x 0 sumx 65
x 1 sumx 16705
x 2 sumx 4276545
x 3 sumx 1094795585
x 4 sumx 280267669825
x 5 sumx 71748523475265
x 6 sumx 18367622009667905
x 7 sumx 4702111234474983745

在我看来，每个数字都是一串 A 后跟 0。接下来我写了一个简短的 C++ 代码来提取第 n 个字节

#include <iostream>
#include <array>

char func0(long long number, size_t offset)
{
  offset <<= 3;
  return (number & (0x00000000000000FF << offset)) >> offset;
}

char func1(long long unsigned number, size_t offset)
{
  char* ptr = (char*)&number;
  return ptr[offset];
}

int main()
{
  std::array<long long,8> arr{65,16705,4276545,1094795585,280267669825,71748523475265,18367622009667905,4702111234474983745};
  for (int i = 0; i < arr.size(); i++)
    for (int j = 0; j < sizeof(long long unsigned); j++)
      std::cout << "char " << j << " in number " << i << " (" << arr[i] << ") func0 " << func0(arr[i], j) << " func1 " << func1(arr[i], j) << std::endl;
  return 0;
}

这是程序输出（注意从第 5 个字节开始的区别）

~ # g++ -std=c++11 prog.cpp -o prog; ./prog
char 0 in number 0 (65) func0 A func1 A
char 1 in number 0 (65) func0  func1
char 2 in number 0 (65) func0  func1
char 3 in number 0 (65) func0  func1
char 4 in number 0 (65) func0  func1
char 5 in number 0 (65) func0  func1
char 6 in number 0 (65) func0  func1
char 7 in number 0 (65) func0  func1
char 0 in number 1 (16705) func0 A func1 A
char 1 in number 1 (16705) func0 A func1 A
char 2 in number 1 (16705) func0  func1
char 3 in number 1 (16705) func0  func1
char 4 in number 1 (16705) func0  func1
char 5 in number 1 (16705) func0  func1
char 6 in number 1 (16705) func0  func1
char 7 in number 1 (16705) func0  func1
char 0 in number 2 (4276545) func0 A func1 A
char 1 in number 2 (4276545) func0 A func1 A
char 2 in number 2 (4276545) func0 A func1 A
char 3 in number 2 (4276545) func0  func1
char 4 in number 2 (4276545) func0  func1
char 5 in number 2 (4276545) func0  func1
char 6 in number 2 (4276545) func0  func1
char 7 in number 2 (4276545) func0  func1
char 0 in number 3 (1094795585) func0 A func1 A
char 1 in number 3 (1094795585) func0 A func1 A
char 2 in number 3 (1094795585) func0 A func1 A
char 3 in number 3 (1094795585) func0 A func1 A
char 4 in number 3 (1094795585) func0  func1
char 5 in number 3 (1094795585) func0  func1
char 6 in number 3 (1094795585) func0  func1
char 7 in number 3 (1094795585) func0  func1
char 0 in number 4 (280267669825) func0 A func1 A
char 1 in number 4 (280267669825) func0 A func1 A
char 2 in number 4 (280267669825) func0 A func1 A
char 3 in number 4 (280267669825) func0 A func1 A
char 4 in number 4 (280267669825) func0  func1 A
char 5 in number 4 (280267669825) func0  func1
char 6 in number 4 (280267669825) func0  func1
char 7 in number 4 (280267669825) func0  func1
char 0 in number 5 (71748523475265) func0 A func1 A
char 1 in number 5 (71748523475265) func0 A func1 A
char 2 in number 5 (71748523475265) func0 A func1 A
char 3 in number 5 (71748523475265) func0 A func1 A
char 4 in number 5 (71748523475265) func0  func1 A
char 5 in number 5 (71748523475265) func0  func1 A
char 6 in number 5 (71748523475265) func0  func1
char 7 in number 5 (71748523475265) func0  func1
char 0 in number 6 (18367622009667905) func0 A func1 A
char 1 in number 6 (18367622009667905) func0 A func1 A
char 2 in number 6 (18367622009667905) func0 A func1 A
char 3 in number 6 (18367622009667905) func0 A func1 A
char 4 in number 6 (18367622009667905) func0  func1 A
char 5 in number 6 (18367622009667905) func0  func1 A
char 6 in number 6 (18367622009667905) func0  func1 A
char 7 in number 6 (18367622009667905) func0  func1
char 0 in number 7 (4702111234474983745) func0 A func1 A
char 1 in number 7 (4702111234474983745) func0 A func1 A
char 2 in number 7 (4702111234474983745) func0 A func1 A
char 3 in number 7 (4702111234474983745) func0 A func1 A
char 4 in number 7 (4702111234474983745) func0  func1 A
char 5 in number 7 (4702111234474983745) func0  func1 A
char 6 in number 7 (4702111234474983745) func0  func1 A
char 7 in number 7 (4702111234474983745) func0 A func1 A

此代码有 2 个函数，func1 return 是预期值，func0 我认为它应该 return 与 func1 相同的值] 但它没有，我不确定为什么。基本上我理解 8 字节类型，如 8 字节数组，func1 在某种意义上清楚地表明这是这种情况。我不确定为什么使用位移位到达第 n 个字节不起作用，我不确定我是否完全理解 8 字节变量在内存中的排列方式

Answer 1

这是一种极其复杂的方法来做一些非常简单的事情。您甚至不需要考虑字节序问题，因为您不需要访问 long long 的内存表示只是为了获取一个字节。

获取第 n 个字节只是屏蔽掉所有其他字节并将该值转换为 unsigned char 的问题。所以像这样:

unsigned char nth_byte(unsigned long long int value, int n)
{
  //Assert that n is on the range [0, 8)
  value = value >> (8 * n);   //Move the desired byte into the first byte.
  value = value & 0xFF;      //Mask away everything that isn't the first byte.
  return unsigned char(value); //Return the first byte.
}

Answer 2

问题出在代码中

 0x00000000000000FF << offset

左边的数字0xFF只是一个整数（不管你放了多少个零）左移得到一个整数（实际上是整数大小...移动超过大小整数不是可移植代码）。

改用：

 0xFFull << offset

解决了这个问题（因为后缀 ull 告诉它应该被视为 unsigned long long）。

当然，正如另一个答案中所说，(number >> (offset * 8)) & 0xFF更简单并且有效。

Answer 3

func0 中的问题是您的十六进制文字虽然包含 8 个字节的数据，但由于您没有指定精度而被解释为 long。使用 0xffULL (0xff unsigned long long) 而不是 0x00000000000000ff 应该可以得到你想要的。

线索是它在前 32 位上工作得很好，然后就崩溃了。不过，我无法解释 7th A 是从哪里来的。

Answer 4

分析变量的底层内存表示的正确方法是使用 memcpy 并复制到 char 数组（参考：C aliasing rules and memcpy）：

#include <cstring>

char get_char(long long num, size_t offs)
{
    char array[sizeof(long long)];

    memcpy(array, &num, sizeof(long long));

    return array[offs];
}

那么对于下面的例子：

int main()
{
    long long var = 0x7766554433221100;

    for (size_t idx = 0; idx < sizeof(long long); ++idx)
        std::cout << '[' << idx << ']' << '=' << std::hex << static_cast<int>(get_char(var, idx)) << '\n';
}

在小端系统上我们得到：

[0]=0
[1]=11
[2]=22
[3]=33
[4]=44
[5]=55
[6]=66
[7]=77

在大端系统上我们得到：

[0]=77
[1]=66
[2]=55
[3]=44
[4]=33
[5]=22
[6]=11
[7]=0

(https://en.wikipedia.org/wiki/Endianness)

(https://godbolt.org/z/xrPMVw)

long long 类型在内存中的表示

long long type representation in memory

c++

long-integer