数据存储机制研究

数据存储机制研究

1usb存储方式分类主要器和子集描述了写入计算机内存的磁盘顺序。Bigendian存储方式下字的高位字节存储在内存的低地址，Littleendian存储方式下字的高位字节存储在内存的高地址。比如说0x1234这个2字节的数，Bigendian方式下在内存中存储为图1,littleendian方式下在内存中存储为图2。网络中数据流以bigendian方式传输，所以到达本地计算机时或本地计算机向网络传输数据时要经过转换。在C语言下通常可以用htons(),htonl(),ntohs(),ntohl（）这四个函数进行数据转换。2缺省对流的实现在编写程序时我们要访问的数据是随机的，可能是一个或几个字节，也可能是数据中的某些位，即使访问的数据宽度等于数据类型长度，这个数据的起始地址也不一定是数据类型长度的整数倍。这样CPU访问内存中的数据就存在着一个数据对齐的问题。假设要访问的数据类型字节数是n，而访问的字节地址是p，如果pmodn=0，那么对该数据的此次访问是对齐的。在不对齐的存储器访问中，计算机要重新将字节数对齐，这要比对齐的存储器访问增加不少访问时间。结构（structure）缺省对齐是按照结构中成员变量要求的最大对齐来进行对齐，比如说一个结构中有一个char和int类型的变量，那么就按照int类型变量的4字节进行对齐。表1是常用数据类型在内存中的存储大小和对齐方式。Sun和ibm平台机器在缺省情况下要求数据访问必须遵循数据对齐，违背数据对齐访问原则将会导致buserror。而INTELx86的PC不要求必须遵循数据对齐。下面以两个例子来说明这个问题。例2.1在一般INTELx86的PC上可正常执行，但是在一些Sun或IBM工作站上，虽然compile可以通过，但是在执行时会有buserror。出现buserror的原因是sun工作站上long数据类型的缺省对齐是4字节，而data+1地址不一定是4的整数倍。解决这个问题的方法是当需要进行类型强制时改用内存复制。例2.1可以改为：这样修改后，程序在所有平台上都能顺利运行。例2.1中出现的问题在编写跨平台软件时经常出现，有的程序在intel平台上运行没有问题，但是移植到sunsparc或ibm平台上就出现buserror等内存错误。注意不同平台中数据对齐方式的区别，并在出错时采用例2.1中的解决办法就可以解决这个问题。3性能现状及建议的内容在高效C语言中的struct类型在缺省情况下，C编译器为struct类型中每一个变量或是数据单元按其自然对界条件分配空间。可以使用编译器指令改变结构中变量的对齐。下面以结构test为例分别在sunsparc平台和Intelx86平台说明这个问题。图3，图4分别为structtest在缺省对齐下与紧凑对齐下在内存中的存储情况。（单位：位）下面两个例程说明了缺省对齐和紧凑对齐的区别。例程1：自然对齐下结构的存储方式。在sun平台上出现buserror的原因在前面已经提过，因为structtest的缺省对齐是4字节，而p+1地址不是4字节的整数倍。Sun和ibm平台要求数据访问必须对齐，所以出现buserror。而Intelx86平台不要求数据访问必须对齐。例程2：紧凑对齐下结构的存储方式。VC6.0编译器#pragma指令以及gcc编译器的＿＿attribute＿＿((＿＿packed＿＿））指令将缺省对齐改为紧凑对齐。注意k->stest3的值在缺省对齐方式下与紧凑对齐方式下的区别。同时需要注意的是K->ltest1的值在Intel平台上由于是littleendian，于是得到的是78563412。如果在sunsparc平台bigendian方式下会得到12345678。这两个例程非常清楚地说明了结构的对齐方式以及littleendian和bigendian这两种不同的存储方式区别。4位顺序错误的处理littleendian和bigendian定义了超过一个字节的变量中的字节顺序，一个字节内部同样存在位（bit）顺序的问题。在写系统程序或进行网络编程时，经常需要对数据流中某些位进行访问，不同计算机平台字节中位（bit）的顺序是不同的。Sun的sparc工作站，服务器和ibm的小型机上，位顺序是数据中高位在低位地址。比如0x12在字节中为00100001。Intelx86平台上，位顺序是数据中低位在高位地址。比如0x12在字节中为00010010。从这个例子可以看出操纵字节中的某些位（bit）时需要注意位在字节中的位置可能随平台发生变化。位段是以位为单位定义结构体类型中的成员长度的一种特殊结构体。它提供了一种快速访问数据流中特定位的方法。下面一个例子说明如何使用位段在各种平台上访问数据流的特定位。假设需要解析数据流中某种格式的数据包。包的格式为：（单位：位）这里以sunsparc和Intelx86平台为例说明如何访问该包中的各个字段。为了方便以stream数组模拟数据流。例程4.1:运行结果表明由于sunsparc平台与Intelx86平台位顺序不同的问题，不同平台上用位段得到的head和len字段位置是相反的。这种情况可以在定义位段时用条件编译加以处理，以获得需要的某些位。5注意数据安全以上详细说明了各种主流计算机平台上数据在内存中的存储方式，如何利用编译器指令调整数据存储方式，以及访问数据流的一些方法，编写跨平台软件时可以参照以上方法以避免数据访问出错。访问数据流是系统编程和网络编程中常见的操作，其中的关键在于透彻理解数据的存储方式后再写程序，遇到问题时可以查有关平台的硬件和编译器资料，这样操