由大小端字节序引发的“血案”

之所以用“血案”是因为在了解Go package encoding/binary的时候，突然就触及到了一个明明很基础但是就是想起不来的知识点。

字节序

“血案”由字节序引发。那就先聊一下字节序。字节序分大端（bigEndian）、小端（littleEndian）。关于大端小端概念的起源，还有一个有意思的故事：

我下面要告诉你的是，Lilliput和Blefuscu这两大强国在过去36个月里一直在苦战。战争开始是由于以下的原因：我们大家都认为，吃鸡蛋前，原始的方法是打破鸡蛋较大的一端，可是当今皇帝的祖父小时候吃鸡蛋，一次按古法打鸡蛋时碰巧将一个手指弄破了。因此他的父亲，当时的皇帝，就下了一道敕令，命令全体臣民吃鸡蛋时打破鸡蛋较小的一端，违令者重罚。老百姓们对这项命令极其反感。历史告诉我们，由此曾经发生过6次叛乱，其中一个皇帝送了命，另一个丢了王位。这些叛乱大多都是由Blefuscu的国王大臣们煽动起来的。叛乱平息后，流亡的人总是逃到那个帝国去寻求避难。据估计，先后几次有11000人情愿受死也不肯去打破鸡蛋较小的一端。关于这一争端，曾出版过几百本大部著作，不过大端派的书一直是受禁的，法律也规定该派任何人不得做官。”

故事之外，现在我们普遍认为的大端小端定义如下：

大端：随着内存地址的增加，由高位到低位存储数据。网络字节序一般为大端序。

小端：随着内存地址的增加，由低位到高位存储数据。x86 cpu内部字节序一般为小端序。

举个例子：有一个数0x14 25 0A 0B，其中0x14是其最高位，0x0B是其最低位。那么：

Go encoding/binary

Package binary implements simple translation between numbers and byte sequences and encoding and decoding of varints.

在这个包中，有一个Read函数：

 func Read(r io.Reader, order ByteOrder, data interface{}) error

官方例子：

package main

import (
    "bytes"
    "encoding/binary"
    "fmt"
)

func main() {
    var pi float64
    b := []byte{0x18, 0x2d, 0x44, 0x54, 0xfb, 0x21, 0x09, 0x40}
    buf := bytes.NewReader(b)
    err := binary.Read(buf, binary.LittleEndian, &pi)
    if err != nil {
        fmt.Println("binary.Read failed:", err)
    }
    fmt.Print(pi)
}

//output
3.141592653589793

问题来了：经过binary.Read方法，数据小端序列成pi的整个过程是怎样的？

首先：小端序，低对低高对高，然后序列就是从左往右的顺序，所以序列最左为最低，序列最高为最高。那么原数应该为：0x40 09 21 fb 54 44 2d 18
对应于二进制0100 0000 0000 1001 0010 0001 1111 1011 0101 0100 0100 0100 0010 1101 0001 1000。

那么问题又来了，浮点数是怎么存的来着？？！这么基础的东西为毛没有什么印象？当时我就慌了：怎么办？连这个都不会了。此处加戏一万字。

然后开始扒资料，信息如下：

在此处要分别解释一下sign（正负）、exponent（指数）、Mantissa（尾数）的概念，举个例子：

有个数10.25，其二进制：1010.01=1.01001 * (2 ^ 3), 所以10.25的指数就是3，尾数就是1.01001，sign为正。
其中有几个点要注意：

1. 指数有一个额外的处理环节，float32要加上偏移量127， float64要加上偏移量1023;
2. 因为每个尾数都是1开头，所以省去这个一，节省了一位；

那么10.25的指数就是2+127=130=0b1000 0010，尾数为01001，少于23位的会低位补零。即10.25=0b0 1000 0010 0100 1000 0000 0000 0000 0000 000。

基于此，我们就能算出官方例子中所给序列的浮点数值了：

• 其Sign为0;
• 指数11位为ex = 0b100 0000 0000，去除偏移量1023，得到1，即指数为1；
• 尾数为加上省去的1和小数点为manti = 1.1001 0010 0001 1111 1011 0101 0100 0100 0100 0010 1101 0001 1000，

那么原数就是+manti * 2 = 11.0010 0100 0011 1111 0110 1010 1000 1000 1000 0101 1010 0011 000

整数部分为3，小数部分为：2*(1/(2**4))+4*(1/(2**8))+3*(1/(2**12))+15*(1/(2**16))+6*(1/(2**20))+10*(1/(2**24))+8*(1/(2**28))+8*(1/(2**32))+8*(1/(2**36))+5*(1/(2**40))+10*(1/(2**44))+3*(1/(2**48))=0.14159265358979312，所以Read函数处理过的结果为3.14159265358979312。

至此，破案了。