Erlang 二进制数据：<<>> 语法

Erlang 使用 <<>> 语法创建和操作二进制数据。这种语法让你能精确控制字节、位字段和数据编码，是处理网络协议、文件格式或加密数据的核心工具。

创建基本二进制

1. 输入 <<1, 2, 3>> 创建一个包含三个字节的二进制。每个数字默认占 8 位（1 字节），值必须在 0 到 255 范围内。
2. 输入 <<256>> 会报错，因为 256 超出单字节范围。若需更大数值，需显式指定位宽。
3. 使用 <<1000:32>> 创建一个 32 位（4 字节）整数。冒号后数字表示位数，值按大端序（big-endian）存储。

指定位顺序和符号

Erlang 默认使用大端序（高位在前）、无符号、整数类型。可通过修饰符覆盖这些默认行为。

1. 输入 <<100:16/little>> 创建小端序的 16 位整数。/little 表示低位在前。
2. 输入 <<-5:8/signed>> 创建带符号的 8 位整数。/signed 允许负值，范围变为 -128 到 127。
3. 组合多个修饰符：<<100:32/little-signed-integer>> 明确指定小端、有符号、整数类型（尽管 integer 是默认类型，可省略）。

常用修饰符包括：

• 端序：big（默认）、little
• 符号：signed、unsigned（默认）
• 类型：integer（默认）、float、binary、bytes（等同于 binary）

提取二进制内容

用 <<>> 语法从已有二进制中解构数据。

1. 假设 有变量 Bin = <<1, 2, 3, 4>>。
2. 执行 <<A, B, Rest/binary>> = Bin 将前两字节赋给 A 和 B，剩余部分作为二进制赋给 Rest。结果：A=1, B=2, Rest=<<3,4>>。
3. 提取固定位宽字段：<<Flag:1, Value:15>> = <<16#4000:16>>。这里 Flag 取最高 1 位，Value 取后续 15 位。

注意：模式匹配时，未指定类型的字段默认为 integer，未指定大小的整数默认 8 位，二进制默认匹配到末尾。

处理字符串与二进制

Erlang 字符串本质是整数列表，而二进制是原始字节序列。

1. 输入 <<"hello">> 创建 UTF-8 编码的二进制。每个字符转为对应字节，如 <<"h">> 等价于 <<104>>。
2. 转换字符串为二进制：使用 list_to_binary("hello") 得到 <<"hello">>。
3. 拼接二进制：<<Bin1/binary, Bin2/binary>>。例如 <<<<"a">>/binary, <<"b">>/binary>> 结果为 <<"ab">>。

若需处理非 UTF-8 数据（如 Latin-1），直接使用字节值：<<195,164>> 表示 UTF-8 的 "ä"，而 <<228>> 是 Latin-1 的 "ä"。

高级位级操作

<<>> 支持任意位宽，不限于 8 的倍数。

1. 创建 10 位字段：<<1023:10>>。值 1023 正好填满 10 位（$2^{10} - 1 = 1023$）。
2. 打包多个小字段：<<Version:4, Type:4, Length:16>> = <<16#4500:32>>。这常用于解析 IP 包头：前 4 位版本号（4），接着 4 位头部长度（5），后 16 位总长度（0x00）。
3. 对齐到字节边界：若总位数不是 8 的倍数，Erlang 自动在末尾补零。例如 <<1:1, 1:1>> 实际生成 <<192>>（二进制 11000000）。

常见错误与规避

实战：解析简单协议

假设协议格式：1 字节类型 + 2 字节长度 + N 字节数据。

1. 接收数据 Packet = <<1, 0, 5, "hello">>。
2. 执行 <<Type, Len:16, Data:Len/binary>> = Packet。
3. 得到 Type=1, Len=5, Data=<<"hello">>。

此模式自动根据 Len 值决定 Data 长度，无需手动切片。

构建动态二进制

在运行时根据变量生成二进制。

1. 定义变量 Size = 100, Checksum = 42。
2. 构建 Header = <<Size:32, Checksum:8>>。
3. 拼接完整包：Packet = <<Header/binary, Payload/binary>>。

注意：变量在 <<>> 中直接使用，无需额外语法。

性能提示

• 避免频繁拼接：<<A/binary, B/binary>> 在循环中会产生大量中间二进制。改用 iolist（如 [A, B]）更高效，最后用 iolist_to_binary/1 转换。
• 预分配大小：若已知最终大小，一次性构建比逐步追加更快。
• 位语法编译优化：Erlang 编译器对 <<>> 模式匹配高度优化，优先使用它而非 binary:part/3 等函数。

浮点数处理

浮点数默认以 IEEE 754 双精度（64 位）存储。

1. 创建浮点二进制：<<3.14/float>>。
2. 指定精度：<<3.14:32/float>> 使用单精度（32 位）。
3. 混合整数与浮点：<<100, 3.14/float>> 生成 1 字节整数 + 8 字节浮点。

注意：浮点数不能指定端序修饰符（如 /little），因其内部结构固定。

二进制推导式

类似列表推导式，但生成二进制。

1. 转换列表为二进制：<< <<X>> || X <- [1,2,3] >> 结果为 <<1,2,3>>。
2. 处理字符串：<< <<C/utf8>> || C <- "åäö" >> 生成 UTF-8 编码二进制。
3. 过滤与变换：<< <<X*2>> || X <- [1,2,3], X > 1 >> 输出 <<4,6>>。

推导式中的表达式必须返回二进制片段（如 <<...>>），不能是裸整数。

调试技巧

1. 打印二进制内容：使用 io:format("~w~n", [Bin]) 显示为 <<...>> 格式。
2. 查看十六进制：io:format("~16.16.0B~n", [X]) 打印单字节为两位十六进制。
3. 检查长度：byte_size(Bin) 返回字节数，bit_size(Bin) 返回总位数（可能非 8 倍数）。

文件与网络 I/O

Erlang 文件和 socket 默认以二进制模式读写。

1. 读取文件：{ok, Bin} = file:read_file("data.bin")。
2. 解析内容：直接对 Bin 使用 <<>> 模式匹配。
3. 发送数据：gen_tcp:send(Socket, <<Cmd:8, Payload/binary>>)。

始终假设外部数据是原始二进制，用 <<>> 语法安全解析，避免直接转换为字符串。

位语法速查表

以下修饰符可自由组合，顺序无关：

示例：<<Val:24/little-signed-integer>> 表示小端、有符号、24 位整数。

构造 <<1, 2, 3>> 即可开始使用 Erlang 二进制。