用 Objective-C 從二進位檔案（binary file）中讀入數值的 byte order 問題
要從二進位檔案中讀入數值，其中一個會遇到的問題就是 Little-endian 和 Big-endian，這和 CPU 的種類有關。Intel 系列的 x86 CPU 使用的是 Little-endian，而 PowerPC、ARM 等的 CPU 則是採用 Big-endian。endian 不同的問題，在以前 PPC 的時代算是相當重要，後來改用 Intel CPU 之後重要性就下降了許多，不過現在因為 iPhone 採用的 ARM 又是 Big-endian，所以這問題的重要性又大幅提升了，尤其許多新手設計師，之前可能根本沒碰過非 Intel 的平台，根本沒考慮過這問題，於是寫出來的程式就會讀到一堆詭異的數字。
首先我們要先界定 endian 的問題會影響到哪些資料型別。所謂 endian 不同，是因為高低位元在記憶體中表示的方式不同而造成的，Little-endian 將高位元放在記憶體位址較大的地方，Big-endian 則反之。舉例來說，0x00112233 這個 16 進位的數字，在 Little-endian 的機器上，在記憶體中呈現的是 33 22 11 00，而在 Big-endian 的機器上則呈現 00 11 22 33。因此，假如把在 Little-endian 機器上寫入的二進位檔拿給 Big-endian 的機器讀取，讀出來的數字就會出錯。
從這邊我們可以發現，要發生 endian 的問題，首先資料型別必須用超過 2 個 byte 來儲存才有可能，因此只用一個 byte 儲存的型別，例如 char，就沒有 endian 的問題。
至於 int、long 之類的整數型別，可以用 CFSwap[type][Big/Littile/Host]To[Big/Littile/Host] 系列函式來轉換。其中的 type 可能是 Int16、Int32 等等。使用方法如下：
不過浮點數就沒這麼輕鬆了。我們在前面的例子中還是用 int 來存放 littleEndian，因為就算 byte order 不對了，但它仍然是個 valid 的 integer，不過浮點數的每個 bit 有它不同的意義，因此一旦 byte order 解譯錯誤，它就可能變成 invalid float，導致程式直接當掉。
為了解決這個問題，Objective-C 中用了一個與 byte order 無關的資料結構來儲存這個資料，定義如下：
首先我們要先界定 endian 的問題會影響到哪些資料型別。所謂 endian 不同，是因為高低位元在記憶體中表示的方式不同而造成的，Little-endian 將高位元放在記憶體位址較大的地方，Big-endian 則反之。舉例來說，0x00112233 這個 16 進位的數字，在 Little-endian 的機器上，在記憶體中呈現的是 33 22 11 00，而在 Big-endian 的機器上則呈現 00 11 22 33。因此，假如把在 Little-endian 機器上寫入的二進位檔拿給 Big-endian 的機器讀取，讀出來的數字就會出錯。
從這邊我們可以發現，要發生 endian 的問題，首先資料型別必須用超過 2 個 byte 來儲存才有可能，因此只用一個 byte 儲存的型別，例如 char，就沒有 endian 的問題。
至於 int、long 之類的整數型別，可以用 CFSwap[type][Big/Littile/Host]To[Big/Littile/Host] 系列函式來轉換。其中的 type 可能是 Int16、Int32 等等。使用方法如下：
int littleEndian = 1234;那麼 hostEndian 的變數值就是採用目前機器上的 endian 順序的 int。
int hostEndian = CFSwapInt16LittleToHost(littleEndian);
不過浮點數就沒這麼輕鬆了。我們在前面的例子中還是用 int 來存放 littleEndian，因為就算 byte order 不對了，但它仍然是個 valid 的 integer，不過浮點數的每個 bit 有它不同的意義，因此一旦 byte order 解譯錯誤，它就可能變成 invalid float，導致程式直接當掉。
為了解決這個問題，Objective-C 中用了一個與 byte order 無關的資料結構來儲存這個資料，定義如下：
struct CFSwappedFloat32 {可以看到，這個結構中就只有一個 data，uint32_t，Objective-C 就是用它來儲存這個 float 的資料（當然，此時系統並不會把它當成一個 float）。接下來的處理方式就是，將這個 uint32_t 裡面的 byte 頭尾互換位置，然後將這 32 個 bit（4 個 byte）轉化成 float。而這就是 CFConvertFloat32SwappedToHost 這個函式在作的事。整個的用法可以用以下的例子表示：
uint32_t v;
};
typedef struct CFSwappedFloat32 CFSwappedFloat32;
CFSwappedFloat32 littleFloat;當然，其中的 fread 可以用 memcpy、NSData 的 byte method 等等取代，只要把握住一個原則：「 CFSwappedFloat32 的內部是用 uint32_t 來儲存這個待轉換的 float」即可。
long buffer;
float hostFloat;
fread(&buffer, sizeof(long), 1, fp);
littleFloat.v = buffer;
hostFloat = CFConvertFloat32SwappedToHost(littleFloat);
標籤： Develope, iPhone Dev, Obj-C, Tip
posted by Shiva Huang at 5:41 下午
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