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

和在C中一样:

short big = 0xdead;
short little = (((big & 0xff)<<8) | ((big & 0xff00)>>8));

您还可以声明一个无符号字符的向量,将输入值memcpy放入其中,将字节反向转换为另一个向量,然后将字节memcpy取出,但这将花费比旋转位长几个数量级的时间,特别是对于64位值。

其他回答

大多数平台都有一个系统头文件,提供了有效的byteswap函数。在Linux上是<end .h>。你可以用c++很好地包装它:

#include <iostream>

#include <endian.h>

template<size_t N> struct SizeT {};

#define BYTESWAPS(bits) \
template<class T> inline T htobe(T t, SizeT<bits / 8>) { return htobe ## bits(t); } \
template<class T> inline T htole(T t, SizeT<bits / 8>) { return htole ## bits(t); } \
template<class T> inline T betoh(T t, SizeT<bits / 8>) { return be ## bits ## toh(t); } \
template<class T> inline T letoh(T t, SizeT<bits / 8>) { return le ## bits ## toh(t); }

BYTESWAPS(16)
BYTESWAPS(32)
BYTESWAPS(64)

#undef BYTESWAPS

template<class T> inline T htobe(T t) { return htobe(t, SizeT<sizeof t>()); }
template<class T> inline T htole(T t) { return htole(t, SizeT<sizeof t>()); }
template<class T> inline T betoh(T t) { return betoh(t, SizeT<sizeof t>()); }
template<class T> inline T letoh(T t) { return letoh(t, SizeT<sizeof t>()); }

int main()
{
    std::cout << std::hex;
    std::cout << htobe(static_cast<unsigned short>(0xfeca)) << '\n';
    std::cout << htobe(0xafbeadde) << '\n';

    // Use ULL suffix to specify integer constant as unsigned long long 
    std::cout << htobe(0xfecaefbeafdeedfeULL) << '\n';
}

输出:

cafe
deadbeaf
feeddeafbeefcafe

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);

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。

来这里寻找一个Boost解决方案,失望地离开,但最终在其他地方找到了它。你可以使用boost::endian::endian_reverse。它被模板化/重载了所有的基元类型:

#include <iostream>
#include <iomanip>
#include "boost/endian/conversion.hpp"

int main()
{
  uint32_t word = 0x01;
  std::cout << std::hex << std::setfill('0') << std::setw(8) << word << std::endl;
  // outputs 00000001;

  uint32_t word2 = boost::endian::endian_reverse(word);
  // there's also a `void ::endian_reverse_inplace(...) function
  // that reverses the value passed to it in place and returns nothing

  std::cout << std::hex << std::setfill('0') << std::setw(8) << word2 << std::endl;
  // outputs 01000000

  return 0;
}

示范

虽然,看起来c++23最终用std::byteswap解决了这个问题。(我使用的是c++17,所以这不是一个选项。)

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。