関数

read_big_endian() 関数の使い方について解説：PHP/WordPressでビッグエンディアン形式の符号なし整数を読み取る方法

2025-02-19更新日: 2025-02-19

read_big_endian()関数は、PHPやWordPressでバイナリデータからビッグエンディアン形式の符号なし整数を取得するための便利な機能です。

1～4バイトの入力に合わせた処理が実装されており、unpack()関数やビットシフト演算を用いた具体例を通して、効率的なデータ解析の方法を学ぶことができます。

目次から探す

関数の基本仕様
- $i n p u t と$ num_bytes の役割
- 戻り値の生成プロセス
ビッグエンディアン形式の特徴
- バイト順序の基本原則
- 数式による整数値の連結
各バイト数ごとの処理分岐
PHP/WordPressでの実装例
- メディアファイル解析での利用
- カスタム投稿タイプとの連携
まとめ

関数の基本仕様

$i n p u t と$ num_bytes の役割

関数では、引数の input と num_bytes がそれぞれ異なる役割を果たします。

input は、バイナリデータを表す文字列であり、読み取り対象のバイト配列を持ちます。
num_bytes は、input から何バイトを読み取るかを指定する整数値です。

たとえば、画像ファイルやその他のバイナリデータから必要な部分だけを取得する場合に、正確なバイト数を指定することで期待する整数値が得られます。

これにより、処理の対象となるデータの範囲が明確になり、誤った読み取りを防ぐことが可能です。

戻り値の生成プロセス

関数の内部では、指定されたバイト数に応じた変換処理が実施され、それにより返される戻り値は符号なし整数となります。

プロセスは以下のようになります。

渡された input から各バイトが抽出されます。
ビッグエンディアン形式の規則に従い、各バイトが適切なシフト演算や、PHPの unpack() 関数を利用して、正しい順序で連結されます。
最終的に連結された結果の整数が戻り値として返され、これを他の処理(たとえば画像のバージョン判定など)に利用することができます。

ビッグエンディアン形式の特徴

バイト順序の基本原則

ビッグエンディアン形式では、最も重要な(上位の)バイトが先頭に配置されます。

つまり、左側に配置されたバイトが高位の情報を持ち、右側のバイトが低位の情報を持ちます。

この順序は、データバスが大きな単位でアクセスされるプロトコルやファイル形式において一貫性が保たれるため、データ交換時に利用されることが多いです。

たとえば、バイト順序が A B C D の場合、ビッグエンディアンでは A が最上位バイトとして、整数値は次の式で表されます。

$Integer = A \times 256^{(n - 1)} + B \times 256^{(n - 2)} + C \times 256^{(n - 3)} + D \times 256^{0}$

数式による整数値の連結

各バイトの連結は、算術的な計算によって実現されます。

上記の式に示されるように、各バイトに対して $256$ のべき乗を掛け合わせ、加算することで最終的な符号なし整数が生成されます。

たとえば、4バイトの値を考えると、以下のように連結されます。

$Integer = A \times 256^{3} + B \times 256^{2} + C \times 256^{1} + D$

この計算方法により、各バイトの位置が数値全体に与える影響が決定され、正確な値の算出が可能となります。

各バイト数ごとの処理分岐

1バイトの場合

単一バイトの読み取り方法

1バイトの場合は、複雑な処理は不要で、unpack('C', $input) を利用して直接整数値が取得できます。

以下はそのサンプルコードです。

<?php
// サンプルコード：1バイトの読み取り例
$input = "\x7F"; // 1バイトのデータ(例：127)
$result = unpack('C', $input)[1];
echo "1バイトの値: " . $result; // 出力：127
?>

1バイトの値: 127

2バイトの場合

unpack(‘n’) を使用した変換

2バイトの場合は、PHPの unpack('n', $input) を利用することで、ビッグエンディアン形式に沿った変換が自動的に行われます。

たとえば、以下のように2バイトを一度に変換できます。

<?php
// サンプルコード：2バイトの読み取り例
$input = "\x01\x02"; // 2バイトのデータ
$result = unpack('n', $input)[1];
echo "2バイトの値: " . $result; // 出力：258
?>

2バイトの値: 258

3バイトの場合

各バイトの個別取得と連結

3バイトの場合、unpack('C3', $input) を利用して個別にバイトの値を取得し、それぞれのバイトを正しい位置に連結する必要があります。

まずは、各バイトを取得する方法を見てみましょう。

ビットシフト演算の利用

取得した各バイトは、ビットシフト演算を用いて連結されます。

たとえば、以下のサンプルでは、最初のバイトを16ビット分シフトし、次のバイトを8ビット分、最後のバイトはそのまま加算することにより、3バイトの整数値を生成しています。

<?php
// サンプルコード：3バイトの読み取り例
$input = "\x00\x01\x02"; // 3バイトのデータ
$bytes = unpack('C3', $input);
$result = ($bytes[1] << 16) | ($bytes[2] << 8) | $bytes[3];
echo "3バイトの値: " . $result; // 出力：258
?>

3バイトの値: 258

4バイトの場合

unpack(‘N’) を利用した一括変換

4バイトの場合、unpack('N', $input) を利用することで、一度に4バイトを変換できます。

この方法はシンプルかつ効率的です。

以下のサンプルは、4バイトのデータを一括で読み取り、その数値を出力する例です。

<?php
// サンプルコード：4バイトの読み取り例
$input = "\x01\x02\x03\x04"; // 4バイトのデータ
$result = unpack('N', $input)[1];
echo "4バイトの値: " . $result; // 出力：16909060
?>

4バイトの値: 16909060

32ビット環境での留意点

4バイト処理においては、特に32ビット環境での扱いに注意が必要です。

32ビットシステムでは、符号なし整数の最大値 $2^{32} - 1$ の扱いが難しくなる場合があり、2^31 以上の値に対して正確な値を取得できない恐れがあります。

そのため、対象となる数値が大きくなる可能性がある場合は、環境に応じた対策(たとえば、GMP拡張モジュールの利用など)を検討する必要があります。

PHP/WordPressでの実装例

メディアファイル解析での利用

WordPressでは、画像ファイルやその他のメディアファイルのメタ情報解析において、バイナリデータから必要な数値情報を抽出するケースが多くあります。

たとえば、AVIF画像のヘッダー情報の解析などでは、read_big_endian()関数を利用することで、画像のバージョンやオプションフラグなどの情報を正確に取得できます。

以下は、画像ファイルを読み取り、ヘッダー部分の4バイトを読み取るサンプルコードです。

<?php
// サンプルコード：画像ファイルヘッダー解析での read_big_endian() 利用例
// $file_handle は既に open 状態のファイルハンドルです
$input = fread($file_handle, 4);
$headerValue = read_big_endian($input, 4);
echo "ヘッダーから取得した値: " . $headerValue;
?>

ヘッダーから取得した値: 取得した整数値

カスタム投稿タイプとの連携

WordPressのカスタム投稿タイプを利用する際、メタ情報としてバイナリ形式のデータを保存している場合があります。

たとえば、特定のカスタムフィールドに格納されているバイナリデータから数値を読み出し、その数値に基づいて条件分岐する処理を実装することが考えられます。

以下は、カスタムフィールドからバイナリデータを取得し、read_big_endian() で整数値に変換するサンプルコードです。

<?php
// サンプルコード：カスタム投稿タイプのメタ情報解析での利用例
// get_post_meta() でバイナリデータのメタ情報を取得したと仮定します
$binaryData = get_post_meta($post->ID, 'binary_meta', true);
if (!empty($binaryData)) {
    // バイト数 2 で読み取り例
    $value = read_big_endian($binaryData, 2);
    echo "カスタムフィールドから取得した値: " . $value;
}
?>

カスタムフィールドから取得した値: 取得した整数値

まとめ

この記事では、read_big_endian()関数の基本仕様に加えて、引数 input と num_bytes の役割や、戻り値がどのように生成されるかを解説しています。

また、ビッグエンディアン形式のバイト順序と、数学的に各バイトを連結する手法について説明し、1～4バイトそれぞれの処理方法(unpack() およびビットシフト演算の活用方法)を具体例と共に紹介しています。

さらに、WordPress環境下でのメディアファイル解析やカスタム投稿タイプとの連携例も示し、実践的な利用方法が理解できます。