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

从大端序到小端序的过程与从小端序到大端序的过程是一样的。

下面是一些示例代码:

void swapByteOrder(unsigned short& us)
{
    us = (us >> 8) |
         (us << 8);
}

void swapByteOrder(unsigned int& ui)
{
    ui = (ui >> 24) |
         ((ui<<8) & 0x00FF0000) |
         ((ui>>8) & 0x0000FF00) |
         (ui << 24);
}

void swapByteOrder(unsigned long long& ull)
{
    ull = (ull >> 56) |
          ((ull<<40) & 0x00FF000000000000) |
          ((ull<<24) & 0x0000FF0000000000) |
          ((ull<<8) & 0x000000FF00000000) |
          ((ull>>8) & 0x00000000FF000000) |
          ((ull>>24) & 0x0000000000FF0000) |
          ((ull>>40) & 0x000000000000FF00) |
          (ull << 56);
}

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);

我喜欢这个,只是为了风格:-)

long swap(long i) {
    char *c = (char *) &i;
    return * (long *) (char[]) {c[3], c[2], c[1], c[0] };
}

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);

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;
}

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));
}