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

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。)

其他回答

使用下面的代码,您可以轻松地在BigEndian和LittleEndian之间进行切换

#define uint32_t unsigned 
#define uint16_t unsigned short

#define swap16(x) ((((uint16_t)(x) & 0x00ff)<<8)| \
(((uint16_t)(x) & 0xff00)>>8))

#define swap32(x) ((((uint32_t)(x) & 0x000000ff)<<24)| \
(((uint32_t)(x) & 0x0000ff00)<<8)| \
(((uint32_t)(x) & 0x00ff0000)>>8)| \
(((uint32_t)(x) & 0xff000000)>>24))

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;
}

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);

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);
    }
}

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。