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。
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
我只是想在这里添加我自己的解,因为我在任何地方都没有看到它。它是一个小而可移植的c++模板函数,并且只使用比特操作。
template<typename T> inline static T swapByteOrder(const T& val) {
int totalBytes = sizeof(val);
T swapped = (T) 0;
for (int i = 0; i < totalBytes; ++i) {
swapped |= (val >> (8*(totalBytes-i-1)) & 0xFF) << (8*i);
}
return swapped;
}
其他回答
如果您采用反转单词中位序的常见模式,并剔除每个字节中反转位的部分,那么您将只剩下反转单词中的字节的部分。对于64位:
x = ((x & 0x00000000ffffffff) << 32) ^ ((x >> 32) & 0x00000000ffffffff);
x = ((x & 0x0000ffff0000ffff) << 16) ^ ((x >> 16) & 0x0000ffff0000ffff);
x = ((x & 0x00ff00ff00ff00ff) << 8) ^ ((x >> 8) & 0x00ff00ff00ff00ff);
编译器应该清除多余的位屏蔽操作(我把它们留在了突出显示模式),但如果它没有,你可以这样重写第一行:
x = ( x << 32) ^ (x >> 32);
在大多数架构上,这通常应该简化为一条旋转指令(忽略整个操作可能是一条指令)。
在RISC处理器上,大而复杂的常量可能会导致编译困难。不过,您可以简单地计算前一个的每个常数。像这样:
uint64_t k = 0x00000000ffffffff; /* compiler should know a trick for this */
x = ((x & k) << 32) ^ ((x >> 32) & k);
k ^= k << 16;
x = ((x & k) << 16) ^ ((x >> 16) & k);
k ^= k << 8;
x = ((x & k) << 8) ^ ((x >> 8) & k);
如果你愿意,你可以把它写成一个循环。这样做效率不高,只是为了好玩:
int i = sizeof(x) * CHAR_BIT / 2;
uintmax_t k = (1 << i) - 1;
while (i >= 8)
{
x = ((x & k) << i) ^ ((x >> i) & k);
i >>= 1;
k ^= k << i;
}
为了完整起见,这里是第一种形式的简化32位版本:
x = ( x << 16) ^ (x >> 16);
x = ((x & 0x00ff00ff) << 8) ^ ((x >> 8) & 0x00ff00ff);
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));
}
有一个叫做BSWAP的汇编指令可以帮你做交换,非常快。 你可以在这里阅读。
Visual Studio,或者更准确地说是Visual c++运行时库,为此提供了平台intrinsic,称为_byteswap_ushort()、_byteswap_ulong()和_byteswap_int64()。其他平台应该也有类似的情况,但我不知道它们会被称为什么。
在模板函数中围绕枢轴使用老式的3-step-xor技巧进行字节交换,提供了一个灵活、快速的O(ln2)解决方案,不需要库,这里的风格也拒绝1字节类型:
template<typename T>void swap(T &t){
for(uint8_t pivot = 0; pivot < sizeof(t)/2; pivot ++){
*((uint8_t *)&t + pivot) ^= *((uint8_t *)&t+sizeof(t)-1- pivot);
*((uint8_t *)&t+sizeof(t)-1- pivot) ^= *((uint8_t *)&t + pivot);
*((uint8_t *)&t + pivot) ^= *((uint8_t *)&t+sizeof(t)-1- pivot);
}
}
如果你这样做是为了网络/主机兼容性,你应该使用:
ntohl() //Network to Host byte order (Long)
htonl() //Host to Network byte order (Long)
ntohs() //Network to Host byte order (Short)
htons() //Host to Network byte order (Short)
如果是出于其他原因,这里提供的byte_swap解决方案之一也可以很好地工作。