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Eu tenho visto que bibliotecas de software escritas em C, no geral, costumam usar números hexadecimais. E programadores Assembly também precisam ser ninjas com este sistema numérico.

Não é em qualquer lugar que se acha um programador que saiba ler hexadecimal decentemente e muito menos fazer uso dos números. Mas hexadecimais são bastante comuns, principalmente em programação de sistemas, programação de baixo nível e segurança da informação:

  • Payloads de exploits precisam dos opcodes em hexadecimal
  • HexDumps, o nome já diz tudo.
  • Eu não sei porquê, mas hexadecimais também estão bastante presente em macros de C.

Considerando a importância desse sistema, eu pergunto: como funcionam os números em hexadecimal?

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Números são simplesmente números

Pode parecer estranho, mas não há muito o que se aprender em hexadecimal que seja diferente da matemática que você já conhece.

A matemática dos binários, decimais, hexadecimais (que é o mesmo que "base 16"), base 32, base 36, base 64, assim como de qualquer outra base, é a mesma. O que muda é a quantidade de símbolos para representar os algarismos.

"Por acaso", como nossos dígitos arábicos comuns vão apenas de 0 a 9, escolheu-se acrescentar as letras de A a F para se representar os algarismos extras, visto que hexadecimal é uma notação com 16 dígitos, em vez dos 10 que estamos acostumados.

Em vez de se criar uma nova coleção de desenhos para representar os números após o 9, usou-se o que já havia pronto, por conveniência - as letras - mas dando um novo sentido a elas.

  • Em decimal, usamos os dígitos arábicos 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9;
  • em hexadecimal, usamos os dígitos 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 A B C D E F 1;
  • em base 36 vamos mais longe ainda, de 0 até a letra Z!
  • em binário, vai só de 0 a 1, mas a lógica ainda é a mesma.

Assim como o último número do decimal, que é 9, somado a 1 vira 10 (ou seja, volta pro zero e ganha uma nova "casa" ao lado), se pegarmos o último "número" do Hexa, que é "F" e adicionarmos "1", o resultado é 10 em hexadecimal. Da mesma forma, no binário (que é composto por 2 dígitos, "0" e "1" respectivamente), somando 1 + 1 temos 10 em binário.

DECIMAL         HEXADECIMAL       BASE36
9 + 1 = 10      F + 1 = 10        Z + 1 = 10

Resumo: a matemática é a mesma.

1. Antes do hexadecimal, havia um sistema "sexadecimal" cujos algarismos eram respectivamente 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 K S N J F L. Ambos funcionam exatamente da mesma forma, apesar de as letras escolhidas para a representação do 10º ao 15º algarismos serem diferentes.

Na informática

O Hexadecimal é muito presente na informática pela facilidade que tem de representar os números de uma outra base: o binário.

Como tanto o hexadecimal quanto o binário são números em potência de dois, você consegue conciliar alguns conceitos de ambas as bases de forma interessante. Para isto, vamos partir desta tabelinha:

Decimal Hexa Binário
      0    0       0
      1    1       1
      2    2      10
      3    3      11
      4    4     100
      5    5     101
      6    6     110
      7    7     111
      8    8    1000
      9    9    1001
     10    A    1010
     11    B    1011
     12    C    1100
     13    D    1101
     14    E    1110 
     15    F    1111 <-- Atenção a este caso!
     16   10   10000
     17   11   10001
     18   12   10010
     19   13   10011
     ...

Note que ao chegar no 15 decimal, tanto o hexadecimal quanto o binário chegaram na última casa antes de "virar" mais uma casa. Como essa "virada" coincide, o hexadecimal se tornou uma maneira muito prática de representar números binários.

Para cada um dos binários de 4 dígitos (0000 a 1111), temos exatamente um algarismo do hexadecimal. Sabendo ou entendendo como contar estes 16 dígitos, convertemos qualquer hexadecimal para binário e vice-versa.

Assim, olhando a tabela acima, fica fácil converter um número binário:

   111010110110110  -> original em binário
111 0101 1011 0110  -> dividido em grupos de nibbles
  7    5    B    6  -> substituído pelos números da tabela.
              75B6  -> reescrito em hexadecimal


Onde o hexadecimal entra nessa história então?

O binário é a base da tecnologia corrente, pois tanto nos HDs quanto na memória, ou nos processadores, a informação é representada como "ligado" ou "desligado" apenas (os famigerados bits).

Isto não se aplica a processadores quânticos, mas espere mais um pouco pra ter um desses na sua mesa.

Já faz algum tempo que os processadores e memória em geral utilizam-se de espaços para armazenar informação organizados em pacotes de 4 bits (chamado de nibble), 8 bits (octeto, usualmente é o tamanho do byte moderno), 16 bits (word), 32 bits (dword), e assim por diante.

  • Para representar um nibble (0000 a 1111), basta exatamente um algarismo hexadecimal (0 a F);
  • para representar um byte, bastam dois deles, de 00 a FF;
  • e assim seguimos, para as "medidas" como 0000 a FFFF, e maiores.

Exemplos "Visuais":

  • É muito mais fácil escrever 5F do que 01011111, não?
  • Um MAC Address de placa de rede: 00-5F-FF-E0-AA-FF em vez de 0-95-255-224-170-255
  • Cor #FF00CC em vez de rgb(255,0,204);
    talvez nesse caso o hexadecimal cause estranheza inicialmente, mas como as cores para a paleta web 216 são múltiplas de 51 decimal (que é o mesmo que 33 hexadecimal), temos os algarismos mais comuns sendo 00, 33, 66, 99, cc e ff, que são abreviados para um dígito cada (#33cc00 é o mesmo que #3c0 para os browsers).
  • Um hexdump ficaria muito confuso se representássemos os bytes de 0 a 255 em vez de 00 a FF

Exemplo de hexdump:

00000000  255044462D312E34 0A312030206F626A  %PDF-1.4.1 0 obj
00000010  0A3C3C0A2F426173 65466F6E74202F48  .<<./BaseFont /H
00000020  656C766574696361 0A2F456E636F6469  elvetica./Encodi
00000030  6E67202F57696E41 6E7369456E636F64  ng /WinAnsiEncod
...

Imagine se tivéssemos que usar 3 casas, ou separadores para identificar os números.

Assim, convencionou-se a usar hexadecimal para muitas coisas em que facilita a leitura e o contexto da informação.


Como "ler" o hexadecimal?

R: Sem medo :)

Da mesma forma que em decimal cada "casa" é multiplicada por potências de dez:

279  =  ( 2 * 10 * 10 ) + ( 7 * 10 ) + ( 9 )

Em hexadecimal basta multiplicar por potências de 16:

3AF     =     ( 3 * 16 * 16 ) + (  A * 16 ) + (  F )
é o mesmo que ( 3 * 16 * 16 ) + ( 10 * 16 ) + ( 15 ) em decimal.

Parece complexo à primeira vista, mas depois que você acostuma com os valores de A a F, o resto vira hábito (da mesma forma que acostumamos com o exemplo de 0 a 9 no dia-a-dia).

Apenas para completar o raciocínio, veja um outro exemplo, desta vez em binário:

1101 = ( 1 * 2 * 2 * 2 ) + ( 1 * 2 * 2 ) + ( 0 * 2 ) + ( 1 )

Guardadas as devidas proporções, é como aquela cena do Cypher em Matrix: "I don't even see the code. All I see now is blonde, brunette, redhead." 2

2. "Eu nem vejo mais o código. Agora eu simplesmente vejo loira, morena, ruiva."

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    @Sid o Cypher está olhando o monitor, com aqueles símbolos verdes, e o Neo pergunta "Você vê sempre codificado?" e aí o Cypher responde (resumidamente): "A matrix é muito complexa pra se decodificar em tempo real, mas depois você acostuma. Eu nem vejo mais o código, já vejo loira, morena, ruiva..."
    – Largato
    Commented 22/04/2014 às 1:37
  • 1
    A propósito, 240 dec = F0 hex = 11110000 bin e 10 dec = 0A hex = 00001010 bin. 1111111100000000 = FF00, ou seja, 65280 em decimal. Separe pra ler: 1111 1111 0000 0000 = F F 0 0, ou seja (15 * 16 * 16 * 16 ) + ( 15 * 16 * 16 ) + ( 0 * 16 ) + ( 0 ) = 65280
    – Largato
    Commented 22/04/2014 às 1:38
  • 8
    I don't even see the code. All I see is 0xB00B5 Commented 9/07/2014 às 3:07
  • 2
    Simplesmente fantástica essa explicação Commented 11/07/2014 às 16:31
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    Ótima explicação. Gosto de pensar que o decimal é uma caixa ontem cabem 10 itens e para acrescentar mais itens seria necessário outra caixa. Já o Hexadecimal é uma caixa onde cabem 16 itens e binário apenas dois. Commented 12/01/2019 às 17:06
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Um bom uso que se tem do hexadecimal se tratando de programação é para a criação de flags, como por exemplo com a API do Windows, quando se vai mostrar um message box e se quer que ela seja do tipo Sim/Não e que seja mostrado o ícone de interrogação você vai passar como parâmetro para a função as flags MB_YESNO | MB_ICONQUESTION.

Estas constantes possuem os valores 0x4 e 0x20 respectivamente, as quais em binário seriam correspondentes a 100 e 100000, assim quando se faz o OR deste valores você combina os bits de um jeito que é fácil verificar quais foram as flags usadas.

Mas isso pode ser feito com números decimais da mesma forma, afinal são basicamente os números 4 e 32, a vantagem de se usar o hexadecimal está mesmo na hora de se criar estas constantes.

Para se criar as constantes cada uma usando um bit diferente basicamente você começa do 1 e vai dobrando os valores, bem simples, uma conta muito fácil de se fazer de cabeça com números pequenos, porém em hexadecimal você não precisa fazer conta alguma, só precisa decorar a sequencia das quatro primeiras flags, segue uma tabela comparando os valores, hexadecimal, decimal e binário:

0x01 =   1 = 00000001
0x02 =   2 = 00000010
0x04 =   4 = 00000100
0x08 =   8 = 00001000
0x10 =  16 = 00010000
0x20 =  32 = 00100000
0x40 =  64 = 01000000
0x80 = 128 = 10000000

E ele sempre vai seguir este mesmo padrão, adicionando um zero a mais a cada 4 valores, o próximo valor hexadecimal seria 0x100, e se torna realmente útil quando se tem muitas flags, por exemplo se você está na flag 0x4000 não precisa fazer calculo algum para saber que a próxima é a 0x8000, se usasse decimal você estaria na flag 16384 e já não é tão simples dobrar o valor dela de cabeça, se não prestar atenção pode até errar o valor.

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