Java 範例 - 字節處理

前言

Java 編程中常會遇到須要進行字節處理的地方，本篇文章就來探討編程中會遇到的字節處理問題。

字節序

字節序（endianness）是對於多字節數據來講的，它描述了多字節數據存儲的順序，分爲大端字節序（big endian）和小端字節序（little endian）兩種。

大端序即高位字節位於低地址，而小端字節序則與之相反。例如 4 字節的數據 0x01234567，其 大、小端字節序存儲順序以下。

Big Endian

address |0x100|0x101|0x102|0x103|
content |01   |23   |45   |67   |

Little Endian

address |0x100|0x101|0x102|0x103|
content |67   |45   |23   |01   |

爲保證數據在不一樣設備進行傳輸時能被正確解析，規定了使用大端字節序做爲網絡字節序。

字節序轉換

因爲 Java 使用大端字節序在內存中進行數據存儲，因此進行網絡傳輸時不須要進行字節序轉換。不過除了網絡編程，仍是有須要小端字節序的狀況，下面就來討論如何進行字節序的轉換。

基本類型字節數

下表給出了 Java 八種基本類型的所佔的字節數，能夠看到裏面六種類型都是多字節的，而這六種在轉換時都是須要處理的。

類型	字節數
byte	1
boolean	1
char	2
short	2
int	4
float	4
long	8
double	8

這裏須要強調一點，基本類型的數組形式雖是多字節的，但其字節序只和數組元素有關，而與數組元素的順序無關。例如存在短整形數組 {0x0001, 0x0002} （Java 默認的大端字節序），則其小端字節序是 {0x0100, 0x0200} 。

字節緩衝區

字節緩衝區（ByteBuffer）經常使用於數據的字節級處理，能夠利用靜態方法 ByteBuffer allocate(int) 來申請一塊固定大小的緩衝區，或者使用 ByteBuffer wrap(byte[]) 包裝一個現有的字節數組。

字節緩衝區提供了 void order(ByteOrder) 方法來設置該字節緩衝區的字節序，提供了 asTypeBuffer() （其中 Type 爲多字節的基本類型）來將字節緩衝區做爲其餘基本類型緩衝區，以便於插入其餘基本類型，利用這些特性即可實現基本類型的字節序轉換。

基本類型及其數組的字節序轉換

下面例子利用了字節緩衝區來進行整型的字節序轉換，而只需將 asIntBuffer() 改爲相應基本類型的 asTypeBuffer() 方法，就能夠進行其它基本類型的字節序轉換。

int data = 0x01020304;
ByteBuffer buf = ByteBuffer.allocate(Integer.BYTES);

buf.asIntBuffer().put(data);
// [1, 2, 3, 4]
System.out.println(Arrays.toString(buf.array()));

buf.order(ByteOrder.LITTLE_ENDIAN);
buf.asIntBuffer().put(data);
// [4, 3, 2, 1]
System.out.println(Arrays.toString(buf.array()));

對於基本類型的數組，只需將 data 數據改爲數組便可，以下面給出的例子。

int[] data = new int[]{0x01020304, 0x05060708};
ByteBuffer buf = ByteBuffer.allocate(Integer.BYTES * data.length);

buf.asIntBuffer().put(data);
// [1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8]
System.out.println(Arrays.toString(buf.array()));

buf.order(ByteOrder.LITTLE_ENDIAN);
buf.asIntBuffer().put(data);
// [4, 3, 2, 1, 8, 7, 6, 5]
System.out.println(Arrays.toString(buf.array()));

字符串的字節序轉換

Java 中字符類型使用 Unicode 字符集，因此佔用兩個字節，而字符串只須要將其轉成字符數組便可進行字節序轉換。

char[] data = new String("example").toCharArray();
ByteBuffer buf = ByteBuffer.allocate(Character.BYTES * data.length);
buf.order(ByteOrder.LITTLE_ENDIAN);
buf.asCharBuffer().put(data);

字符串編碼與字節數組

編程中一般須要將字符串轉字節數組，而這就涉及到字符串編解碼，但 Java 提供了很便捷的方式來進行轉換，因此無需關心如何字符串編解碼。

byte[] buf = new String("example").getBytes();  // use platform's default charset

注意上面使用了平臺的默認的字符集（可利用 Charset.defaultCharset() 獲取平臺默認字符集）進行解碼，而不是上面提到的 Unicode 字符集，但能夠以下面例子同樣指定字符集。

byte[] buf = new String("example").getBytes("UTF-8");  // use specify charset 'UTF-8'