如何在c++中转换大端值和小端值?

为了清晰起见,我必须将二进制数据(双精度浮点值以及32位和64位整数)从一个CPU架构转换到另一个CPU架构。这并不涉及网络,因此ntoh()和类似的函数在这里不能工作。


注意:我接受的答案直接适用于我的目标编译器(这就是我选择它的原因)。然而,这里还有其他非常好的、更方便的答案。


当前回答

虽然没有使用固有函数有效,但肯定是可移植的。我的回答:

#include <cstdint>
#include <type_traits>

/**
 * Perform an endian swap of bytes against a templatized unsigned word.
 *
 * @tparam value_type The data type to perform the endian swap against.
 * @param value       The data value to swap.
 *
 * @return value_type The resulting swapped word.
 */
template <typename value_type>
constexpr inline auto endian_swap(value_type value) -> value_type
{
    using half_type = typename std::conditional<
        sizeof(value_type) == 8u,
        uint32_t,
        typename std::conditional<sizeof(value_type) == 4u, uint16_t, uint8_t>::
            type>::type;

    size_t const    half_bits  = sizeof(value_type) * 8u / 2u;
    half_type const upper_half = static_cast<half_type>(value >> half_bits);
    half_type const lower_half = static_cast<half_type>(value);

    if (sizeof(value_type) == 2u)
    {
        return (static_cast<value_type>(lower_half) << half_bits) | upper_half;
    }

    return ((static_cast<value_type>(endian_swap(lower_half)) << half_bits) |
            endian_swap(upper_half));
}

其他回答

我们已经用模板做到了这一点。你可以这样做:

// Specialization for 2-byte types.
template<>
inline void endian_byte_swapper< 2 >(char* dest, char const* src)
{
    // Use bit manipulations instead of accessing individual bytes from memory, much faster.
    ushort* p_dest = reinterpret_cast< ushort* >(dest);
    ushort const* const p_src = reinterpret_cast< ushort const* >(src);
    *p_dest = (*p_src >> 8) | (*p_src << 8);
}

// Specialization for 4-byte types.
template<>
inline void endian_byte_swapper< 4 >(char* dest, char const* src)
{
    // Use bit manipulations instead of accessing individual bytes from memory, much faster.
    uint* p_dest = reinterpret_cast< uint* >(dest);
    uint const* const p_src = reinterpret_cast< uint const* >(src);
    *p_dest = (*p_src >> 24) | ((*p_src & 0x00ff0000) >> 8) | ((*p_src & 0x0000ff00) << 8) | (*p_src << 24);
}

哇,我简直不敢相信我在这里读到的一些答案。实际上汇编中有一条指令比其他任何程序都快。bswap。你可以简单地写一个这样的函数…

__declspec(naked) uint32_t EndianSwap(uint32 value)
{
    __asm
    {
        mov eax, dword ptr[esp + 4]
        bswap eax
        ret
    }
}

它比之前提到的内在函数要快得多。我把它们拆开看了看。上面的函数没有序言/尾声,因此实际上没有任何开销。

unsigned long _byteswap_ulong(unsigned long value);

做16位同样容易,除了你会使用xchg al,啊。Bswap仅适用于32位寄存器。

64位有点棘手,但也不过分。比上面所有带有循环和模板的例子都要好得多。

这里有一些注意事项……首先,bswap只能在80x486以上的CPU上使用。有人打算在386上运行吗?!?如果是这样,你仍然可以用…替换bswap。

mov ebx, eax
shr ebx, 16
xchg al, ah
xchg bl, bh
shl eax, 16
or eax, ebx

内联汇编也只能在Visual Studio的x86代码中使用。裸函数不能内衬,而且在x64版本中也不可用。对于那个实例,你必须使用编译器的内在函数。

摘自Rob Pike的《字节顺序谬误》:

假设数据流有一个小端编码的32位整数。下面是如何提取它(假设无符号字节):

i = (data[0]<<0) | (data[1]<<8) | (data[2]<<16) | ((unsigned)data[3]<<24);

如果它是big-endian,下面是如何提取它:

i = (data[3]<<0) | (data[2]<<8) | (data[1]<<16) | ((unsigned)data[0]<<24);

TL;DR:不要担心你的平台原生顺序,重要的是你从中读取的流的字节顺序,你最好希望它是定义良好的。

注1:这里int和unsigned int是32位,否则类型可能需要调整。

注2:最后一个字节必须在移位前显式转换为unsigned,因为默认情况下它被提升为int,移位24位意味着操作符号位,这是未定义行为。

认真……我不明白为什么所有的解决方案都那么复杂!最简单、最通用的模板函数如何?它可以在任何操作系统的任何情况下交换任何大小的任何类型????

template <typename T>
void SwapEnd(T& var)
{
    static_assert(std::is_pod<T>::value, "Type must be POD type for safety");
    std::array<char, sizeof(T)> varArray;
    std::memcpy(varArray.data(), &var, sizeof(T));
    for(int i = 0; i < static_cast<int>(sizeof(var)/2); i++)
        std::swap(varArray[sizeof(var) - 1 - i],varArray[i]);
    std::memcpy(&var, varArray.data(), sizeof(T));
}

这是C和c++结合的神奇力量!只需逐个字符交换原始变量。

要点1:没有操作符:请记住,我没有使用简单的赋值操作符“=”,因为当反转字节序时,一些对象将被打乱,复制构造函数(或赋值操作符)将不起作用。因此,一个字符一个字符地复制它们更加可靠。

Point 2: Be aware of alignment issues: Notice that we're copying to and from an array, which is the right thing to do because the C++ compiler doesn't guarantee that we can access unaligned memory (this answer was updated from its original form for this). For example, if you allocate uint64_t, your compiler cannot guarantee that you can access the 3rd byte of that as a uint8_t. Therefore, the right thing to do is to copy this to a char array, swap it, then copy it back (so no reinterpret_cast). Notice that compilers are mostly smart enough to convert what you did back to a reinterpret_cast if they're capable of accessing individual bytes regardless of alignment.

使用此函数:

double x = 5;
SwapEnd(x);

现在x的字节序不同了。

我喜欢这个,只是为了风格:-)

long swap(long i) {
    char *c = (char *) &i;
    return * (long *) (char[]) {c[3], c[2], c[1], c[0] };
}