反转64位值的字节顺序

Question

反转64位值的字节顺序

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我正在尝试为一个任务反转64位地址指针的字节，代码如下：

char swapPtr(char x){
x = (x & 0x00000000FFFFFFFF) << 32 | (x & 0xFFFFFFFF00000000) >> 32;
x = (x & 0x0000FFFF0000FFFF) << 16 | (x & 0xFFFF0000FFFF0000) >> 16;
x = (x & 0x00FF00FF00FF00FF) << 8  | (x & 0xFF00FF00FF00FF00) >> 8;
return x;
}

但是，它会把一切都搞糟。然而，类似的函数对于64位长整型变量却完美地工作。指针需要做些不同的事情吗？

我进行函数调用的方式可能有问题吗？

对于指针：

*(char*)loc = swapPtr(*(char*)loc);

长时间以来：

*loc = swapLong(*loc);

- nix

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char不是正确的数据类型。它通常只占用一个8位字节。如果您使用的平台支持64位的char，请说明。 - Mat

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是的，它在x86_64架构上。 - nix

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一个 char 是8位，不可能保存一个64位的值。 - Mat

3个回答

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你还可以使用_bswap64内置函数（在Skylake架构上的延迟为2，吞吐量为0.5）。它是一种汇编指令bswap r64的包装器，可能是最有效的选择：

反转64位整数a的字节顺序，并将结果存储在dst中。这个内置函数提供了小端和大端值之间的转换。

#include <immintrin.h>

uint64_t swapLongIntrinsic(void *X) {
    return __bswap_64((uint64_t) X);
}

注意：不要忘记标题。

- Antonin GAVREL

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以下是将64位值从LE转换为BE或反之的另一种方法。

您可以通过定义var_type，基本上适用于任何类型：

typedef long long var_type;

指针反转：

void swapPtr(var_type* x)
{
    char* px = (char*)x;
    for (int i=0; i<sizeof(var_type)/2; i++)
    {
        char temp = px[i];
        px[i] = px[sizeof(var_type)-1-i];
        px[sizeof(var_type)-1-i] = temp;
    }
}

按值反转：

var_type swapVal(var_type x)
{
    var_type y;
    char* px = (char*)&x;
    char* py = (char*)&y;
    for (int i=0; i<sizeof(var_type); i++)
        py[i] = px[sizeof(var_type)-1-i];
    return y;
}

- barak manos

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如果想要确保8位字节交换，也许可以使用uint8_t而不是char？对于好的通用解决方案点个赞。 - chux - Reinstate Monica

谢谢chux。我非常确定char在标准中被定义为单个字节。这难道不会相应地使LE和BE之间的“映射”成立吗？换句话说，在LE处理器上多字节单词中字节的顺序与BE处理器上的顺序相反，而单个字节的大小则无关紧要...对吗？ - barak manos

在C语言中，char是一个字节，但是C语言中的byte不一定是8位 - 它至少是8位。在C语言中，uint8_t恰好是8位。请参见http://stackoverflow.com/questions/18576822/sizeof-and-when-a-byte-is-larger-than-8-bits/18576877。 - chux - Reinstate Monica

按照定义，LE和BE的顺序是相反的。但是在BE/LE业务中存在微妙的可能性，包括使用混合字节序的平台（参见http://en.wikipedia.org/wiki/PDP-11）。我怀疑混合字节序今天已经过时，并且未来有返回的疑虑。注意：一些应用程序需要与各种串行通信交换位顺序。 - chux - Reinstate Monica

那么单个字节的大小是由编译器和CPU架构独立定义的（它总是将一个字节称为8位单位）？奇怪...我以为定义16位字节的编译器将是指定为相同“类型”的底层架构的编译器。 - barak manos

C语言保留了早期字节定义，即一组位，其中8位是常见的。当前文献（CPU手册）主要将字节定义为确切的8位。在一般情况下，“编译器定义16位字节-->相同“类型”是正确的，但CPU的本机整数位宽和使用它的C代码不一定匹配。显然，8位处理器不能拥有符合C标准的8位int，因为int必须至少范围为-327676到32767。同样，64位处理器仍然可以有C代码，其中int为32位。 - chux - Reinstate Monica

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可以查看英文原文，
原文链接

- Floris · Accepted Answer

您不能将char x作为指针使用！！！因为char只有一个字节长。

您至少需要：

unsigned long int swapPtr(unsigned long int x) {

或者更好的方法是使用指针的类型。

void* swapPtr(void* x) {

当你开始对指针进行位移操作时，很可能编译器会报错；这种情况下，最好将参数显式转换为无符号64位整数：

#include <stdint.h>
uint64_t x;

请注意，您必须使用变量地址进行调用，因此请使用以下方式进行调用：

result = swapLong(&loc);

不是*loc（它查看loc指向的位置 - 值而不是地址）。

完整的程序：

#include <stdio.h>
#include <stdint.h>

uint64_t swapLong(void *X) {
  uint64_t x = (uint64_t) X;
x = (x & 0x00000000FFFFFFFF) << 32 | (x & 0xFFFFFFFF00000000) >> 32;
x = (x & 0x0000FFFF0000FFFF) << 16 | (x & 0xFFFF0000FFFF0000) >> 16;
x = (x & 0x00FF00FF00FF00FF) << 8  | (x & 0xFF00FF00FF00FF00) >> 8;
return x;
}

int main(void) {
  char a;
  printf("the address of a is 0x%016llx\n", (uint64_t)(&a));
  printf("swapping all the bytes gives 0x%016llx\n",(uint64_t)swapLong(&a));
}

输出：

the address of a is 0x00007fff6b133b1b
swapping all the bytes gives 0x1b3b136bff7f0000

编辑，你可以使用类似于：

#include <inttypes.h>

printf("the address of a is 0x%016" PRIx64 "\n", (uint64_t)(&a));

宏 PRIx64 会转换成“以十六进制形式打印 64 位数字所需的格式字符串”。这比上面的方法更加简洁。