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);
}

其他回答

如果一个大端位32位无符号整数看起来像0xAABBCCDD,它等于2864434397,那么同样的32位无符号整数在小端位处理器上看起来像0xDDCCBBAA,它也等于2864434397。

如果一个大端序16位无符号空头看起来像0xAABB,它等于43707,那么同一个16位无符号空头在小端序处理器上看起来像0xBBAA,它也等于43707。

这里有两个方便的#define函数,用于将字节从小端序转换为大端序,反之亦然——>

// can be used for short, unsigned short, word, unsigned word (2-byte types)
#define BYTESWAP16(n) (((n&0xFF00)>>8)|((n&0x00FF)<<8))

// can be used for int or unsigned int or float (4-byte types)
#define BYTESWAP32(n) ((BYTESWAP16((n&0xFFFF0000)>>16))|((BYTESWAP16(n&0x0000FFFF))<<16))

// can be used for unsigned long long or double (8-byte types)
#define BYTESWAP64(n) ((BYTESWAP32((n&0xFFFFFFFF00000000)>>32))|((BYTESWAP32(n&0x00000000FFFFFFFF))<<32))

查找位移位,因为这基本上是所有你需要做的交换从小->大端dian。然后根据位的大小,改变位移位的方式。

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。

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。

请注意,至少对于Windows, htonl()比它们的内在对应_byteswap_ulong()慢得多。前者是对ws2_32.dll的一个DLL库调用,后者是一条BSWAP汇编指令。因此,如果你正在编写一些依赖于平台的代码,为了提高速度,最好使用intrinsic:

#define htonl(x) _byteswap_ulong(x)

这对于。png图像处理尤其重要,其中所有整数都保存在大端格式中,并说明“One can use htonl()…”{用来降低典型Windows程序的速度,如果你没有准备好}。