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

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。

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))

如果您这样做是为了在不同平台之间传输数据,请查看ntoh和hton函数。

这里有一个基本的函数来交换大小端序。它是基本的,但不需要补充库。

void endianness_swap(uint32_t& val) {
    uint8_t a, b, c;
    a = (val & 0xFF000000) >> 24;
    b = (val & 0x00FF0000) >> 16;
    c = (val & 0x0000FF00) >> 8;
    val=(val & 0x000000FF) << 24;
    val = val + (c << 16) + (b << 8) + (a);
}

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);