记一次小端序内存的实际体现

起因

• 记得去年在完成 NJU PA 的时候，遇见一位群友在读取 elf 文件并校验魔数的时候遇到的问题：他读取出的魔数是字节颠倒的。

• 他读出的魔数是 46 4c 45 7f，但实际上应当为 7f 45 4c 46。从表面上看，就好像是因为小端序机器中内存的存储方式一样，以字节为单位颠倒过来。

• 我当时仔细检查他的代码后发现，他使用 fread 函数的时候出现了错误，填反了 size 和 n_count 这两个参数：

  uint32_t ident;
  FILE *fp = fopen("./a.out", "rb");
  
  fread(&ident, 1, 4, fp);

• 我想当然的认为，这就是导致最后字节顺序倒转的原因。

• 但实际上当时我们都没有尝试调转这两个参数的位置后，输出的内容会不会恢复正常——那位朋友后来得知了可以 #include <elf.h> 并且使用其中定义好的数据结构承接 elf 文件中的内容，也就不需要这种方法了。

  ElfW(Ehdr) ELF_header;
  fread(&ELF_header, sizeof(ELF_header), 1, file);
  // check file ident
  if (memcmp(ELF_header.e_ident, ELFMAG, SELFMAG) != 0)
      Assert(0, ANSI_FMT("Not an ELF file: %s.", ANSI_FG_RED), elfFile);

实际原因

• 时隔半年我看到考研群里大伙在讨论大小端序，突然想起来上面这位朋友遇到的问题，便想着重现一下并且和群友们分享。但是我突然发现我始终无法获取一个相反的文件内容，不管 size 是不是 1。

• 询问大模型后我才恍然大悟，原来真正的问题并不在于 fread，而是用来存放读取到的内容的变量类型： uint32_t。

• 真正的原因在于从文件中读取的内容被存在了一个 uint32_t 类型的变量里，而这类变量在小端序机器的内存中存放的方式正是字节颠倒的。此时使用 %x 作为占位符将其输出时，就会得到一个字节颠倒的结果。

• 下面这两个函数可以很好的展示这一差异：

  void read_elf_uint() {
      uint32_t ident;
      FILE *fp = fopen("./a.out", "rb");
  
      fread(&ident, 4, 1, fp);
  
      printf("reversed: 0x%x\n", ident);
  
      fclose(fp);
  }
  
  void read_elf() {
      unsigned char ident[4];
      memset(ident, 0, 4);
      FILE *fp = fopen("./a.out", "rb");
  
      fread(ident, 4, 1, fp);
  
      printf("correct: 0x");
      for (int i = 0; i < 4; i++) {
          printf("%x", ident[i]);
      }
      printf("\n");
  
      fclose(fp);
  }

感慨

• C 真是门艰深又麻烦的语言，为了灵活性导致了非常多隐形的复杂度。

• 又或者说，为了更好的，以更底层的方式操作计算机的工作，势必要忍受一些未被封装的复杂度。