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

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] };
}

其他回答

我有这个代码,允许我从HOST_ENDIAN_ORDER(无论它是什么)转换为LITTLE_ENDIAN_ORDER或BIG_ENDIAN_ORDER。我使用一个模板,所以如果我试图从HOST_ENDIAN_ORDER转换为LITTLE_ENDIAN_ORDER,他们恰好是相同的机器为我编译,不会生成任何代码。

下面是带有注释的代码:

// We define some constant for little, big and host endianess. Here I use 
// BOOST_LITTLE_ENDIAN/BOOST_BIG_ENDIAN to check the host indianess. If you
// don't want to use boost you will have to modify this part a bit.
enum EEndian
{
  LITTLE_ENDIAN_ORDER,
  BIG_ENDIAN_ORDER,
#if defined(BOOST_LITTLE_ENDIAN)
  HOST_ENDIAN_ORDER = LITTLE_ENDIAN_ORDER
#elif defined(BOOST_BIG_ENDIAN)
  HOST_ENDIAN_ORDER = BIG_ENDIAN_ORDER
#else
#error "Impossible de determiner l'indianness du systeme cible."
#endif
};

// this function swap the bytes of values given it's size as a template
// parameter (could sizeof be used?).
template <class T, unsigned int size>
inline T SwapBytes(T value)
{
  union
  {
     T value;
     char bytes[size];
  } in, out;

  in.value = value;

  for (unsigned int i = 0; i < size / 2; ++i)
  {
     out.bytes[i] = in.bytes[size - 1 - i];
     out.bytes[size - 1 - i] = in.bytes[i];
  }

  return out.value;
}

// Here is the function you will use. Again there is two compile-time assertion
// that use the boost librarie. You could probably comment them out, but if you
// do be cautious not to use this function for anything else than integers
// types. This function need to be calles like this :
//
//     int x = someValue;
//     int i = EndianSwapBytes<HOST_ENDIAN_ORDER, BIG_ENDIAN_ORDER>(x);
//
template<EEndian from, EEndian to, class T>
inline T EndianSwapBytes(T value)
{
  // A : La donnée à swapper à une taille de 2, 4 ou 8 octets
  BOOST_STATIC_ASSERT(sizeof(T) == 2 || sizeof(T) == 4 || sizeof(T) == 8);

  // A : La donnée à swapper est d'un type arithmetic
  BOOST_STATIC_ASSERT(boost::is_arithmetic<T>::value);

  // Si from et to sont du même type on ne swap pas.
  if (from == to)
     return value;

  return SwapBytes<T, sizeof(T)>(value);
}

我最近写了一个宏来在C中实现这个功能,但它在c++中同样有效:

#define REVERSE_BYTES(...) do for(size_t REVERSE_BYTES=0; REVERSE_BYTES<sizeof(__VA_ARGS__)>>1; ++REVERSE_BYTES)\
    ((unsigned char*)&(__VA_ARGS__))[REVERSE_BYTES] ^= ((unsigned char*)&(__VA_ARGS__))[sizeof(__VA_ARGS__)-1-REVERSE_BYTES],\
    ((unsigned char*)&(__VA_ARGS__))[sizeof(__VA_ARGS__)-1-REVERSE_BYTES] ^= ((unsigned char*)&(__VA_ARGS__))[REVERSE_BYTES],\
    ((unsigned char*)&(__VA_ARGS__))[REVERSE_BYTES] ^= ((unsigned char*)&(__VA_ARGS__))[sizeof(__VA_ARGS__)-1-REVERSE_BYTES];\
while(0)

它接受任何类型,并反转传入参数中的字节。 示例用法:

int main(){
    unsigned long long x = 0xABCDEF0123456789;
    printf("Before: %llX\n",x);
    REVERSE_BYTES(x);
    printf("After : %llX\n",x);

    char c[7]="nametag";
    printf("Before: %c%c%c%c%c%c%c\n",c[0],c[1],c[2],c[3],c[4],c[5],c[6]);
    REVERSE_BYTES(c);
    printf("After : %c%c%c%c%c%c%c\n",c[0],c[1],c[2],c[3],c[4],c[5],c[6]);
}

打印:

Before: ABCDEF0123456789
After : 8967452301EFCDAB
Before: nametag
After : gateman

上面的内容是完全可以复制/粘贴的,但这里有很多内容,所以我将逐条分解它的工作原理:

第一件值得注意的事情是整个宏被封装在一个do while(0)块中。这是一种常见的习惯用法,允许在宏后面使用正常的分号。

接下来是使用名为REVERSE_BYTES的变量作为for循环的计数器。宏本身的名称用作变量名,以确保它不会与范围内的任何其他符号冲突。由于该名称是在宏的展开中使用的,因此在这里作为变量名使用时不会再次展开。

在for循环中,有两个字节被引用并交换了XOR(因此不需要临时变量名):

((unsigned char*)&(__VA_ARGS__))[REVERSE_BYTES]
((unsigned char*)&(__VA_ARGS__))[sizeof(__VA_ARGS__)-1-REVERSE_BYTES]

__VA_ARGS__表示给宏的任何内容,并用于增加可能传入内容的灵活性(尽管不是很多)。然后,该参数的地址被转换为unsigned char指针,以允许通过数组[]下标交换其字节。

最后一个特殊之处是缺少{}大括号。它们不是必需的,因为每次交换中的所有步骤都使用逗号操作符连接,使它们成为一条语句。

最后,值得注意的是,如果速度是最优先考虑的,这不是理想的方法。如果这是一个重要因素,那么其他答案中引用的一些特定于类型的宏或特定于平台的指令可能是更好的选择。然而,这种方法可以移植到所有类型、所有主要平台以及C和c++语言。

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。

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] };
}

如果你有c++ 17,那么添加这个头文件

#include <algorithm>

使用这个模板函数交换字节:

template <typename T>
void swapEndian(T& buffer)
{
    static_assert(std::is_pod<T>::value, "swapEndian support POD type only");
    char* startIndex = static_cast<char*>((void*)buffer.data());
    char* endIndex = startIndex + sizeof(buffer);
    std::reverse(startIndex, endIndex);
}

这样称呼它:

swapEndian (stlContainer);