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【QT】Qt对大小端字节序的处理

标 签:QT Qt

1、Endian Order

什么是大小端字节序(Endian Order)?以四字节十六进制整型数0x12345678为例,按照书写习惯,从左到右,高位在前,低位在后,我们称0x12为最高有效字节,0x78为最低有效字节,在存储这个数字时,需要四字节的地址空间,比如说从0x000x03,地址空间是从低地址0x00到高地址0x03的一段连续地址,那么,低地址存储最高有效字节的形式为大端(Big Endian),反之,高地址存储最高有效字节的形式为小端(Little Endian),也就是说,大端字节序时,地址0x00存储数字0x120x01存储0x340x02存储0x560x03存储0x78,反之,小端字节序时,地址0x00存储数字0x780x01存储0x560x02存储0x340x03存储0x12,在实际使用中,大端字节序符合我们的书写习惯。另外,对于一个字节来说,其中的八个比特位也有类似的大小端比特序,常见的最高有效位MSB(Most Significant Bit)和最低有效位LSB(Least Significant Bit)就是从这里来的。由于数据传输是逐字节的,最小单位为字节,所以我们需要关心的是大小端字节序,网络字节序为大端字节序,大小端比特序可以忽略。

2、qbswap

对于给定的处理器来说,其大小端字节序是已知的,Qt在头文件qendian.h提供了若干对大小端进行处理的接口。首先是字节逆序函数qbswap_helper,因为在头文件中定义,所以必须指定为inline,以及模板函数qbswap,其中的转换结果dest不要求字节对齐,实现方式如下:

inline void qbswap_helper(const void *src, void *dest, int size)
{
    for (int i = 0; i < size ; ++i)
        static_cast<uchar *>(dest)[i] = static_cast<const uchar *>(src)[size - 1 - i];
}

template <typename T> inline void qbswap(const T src, void *dest)
{
    qbswap_helper(&src, dest, sizeof(T));
}

3、考虑字节对齐

考虑到类型安全和字节对齐安全,提供了qToUnalignedqFromUnaligned两个函数,以及六个模板特化函数qbswap,如下:

template <typename T> Q_ALWAYS_INLINE void qToUnaligned(const T src, void *dest)
{
    const size_t size = sizeof(T);
#if QT_HAS_BUILTIN(__builtin_memcpy)
    __builtin_memcpy
#else
    memcpy
#endif
            (dest, &src, size);
}

template <typename T> Q_ALWAYS_INLINE T qFromUnaligned(const void *src)
{
    T dest;
    const size_t size = sizeof(T);
#if QT_HAS_BUILTIN(__builtin_memcpy)
    __builtin_memcpy
#else
    memcpy
#endif
            (&dest, src, size);
    return dest;
}

#if (defined(Q_CC_GNU) && Q_CC_GNU >= 403) || QT_HAS_BUILTIN(__builtin_bswap32)
template <> inline void qbswap<quint64>(quint64 source, void *dest)
{
    qToUnaligned<quint64>(__builtin_bswap64(source), dest);
}
template <> inline void qbswap<quint32>(quint32 source, void *dest)
{
    qToUnaligned<quint32>(__builtin_bswap32(source), dest);
}
#else
#endif // GCC & Clang intrinsics

#if (defined(Q_CC_GNU) && Q_CC_GNU >= 408) || QT_HAS_BUILTIN(__builtin_bswap16)
template <> inline void qbswap<quint16>(quint16 source, void *dest)
{
    qToUnaligned<quint16>(__builtin_bswap16(source), dest);
}
#else
#endif // GCC & Clang intrinsics

// signed specializations
template <> inline void qbswap<qint64>(qint64 source, void *dest)
{
    qbswap<quint64>(quint64(source), dest);
}

template <> inline void qbswap<qint32>(qint32 source, void *dest)
{
    qbswap<quint32>(quint32(source), dest);
}

template <> inline void qbswap<qint16>(qint16 source, void *dest)
{
    qbswap<quint16>(quint16(source), dest);
}

4、不考虑字节对齐

如果不考虑字节对齐问题,使用另一个版本的重载函数qbswap更方便,同样有六个特化模板,如下:

template <typename T> T qbswap(T source);

#if (defined(Q_CC_GNU) && Q_CC_GNU >= 403) || QT_HAS_BUILTIN(__builtin_bswap32)
template <> inline quint64 qbswap<quint64>(quint64 source)
{
    return __builtin_bswap64(source);
}
template <> inline quint32 qbswap<quint32>(quint32 source)
{
    return __builtin_bswap32(source);
}
#else
template <> inline quint64 qbswap<quint64>(quint64 source)
{
    return 0
        | ((source & Q_UINT64_C(0x00000000000000ff)) << 56)
        | ((source & Q_UINT64_C(0x000000000000ff00)) << 40)
        | ((source & Q_UINT64_C(0x0000000000ff0000)) << 24)
        | ((source & Q_UINT64_C(0x00000000ff000000)) << 8)
        | ((source & Q_UINT64_C(0x000000ff00000000)) >> 8)
        | ((source & Q_UINT64_C(0x0000ff0000000000)) >> 24)
        | ((source & Q_UINT64_C(0x00ff000000000000)) >> 40)
        | ((source & Q_UINT64_C(0xff00000000000000)) >> 56);
}

template <> inline quint32 qbswap<quint32>(quint32 source)
{
    return 0
        | ((source & 0x000000ff) << 24)
        | ((source & 0x0000ff00) << 8)
        | ((source & 0x00ff0000) >> 8)
        | ((source & 0xff000000) >> 24);
}
#endif // GCC & Clang intrinsics

#if (defined(Q_CC_GNU) && Q_CC_GNU >= 408) || QT_HAS_BUILTIN(__builtin_bswap16)
template <> inline quint16 qbswap<quint16>(quint16 source)
{
    return __builtin_bswap16(source);
}
#else
template <> inline quint16 qbswap<quint16>(quint16 source)
{
    return quint16( 0
                    | ((source & 0x00ff) << 8)
                    | ((source & 0xff00) >> 8) );
}
#endif // GCC & Clang intrinsics


// signed specializations
template <> inline qint64 qbswap<qint64>(qint64 source)
{
    return qbswap<quint64>(quint64(source));
}

template <> inline qint32 qbswap<qint32>(qint32 source)
{
    return qbswap<quint32>(quint32(source));
}

template <> inline qint16 qbswap<qint16>(qint16 source)
{
    return qbswap<quint16>(quint16(source));
}
}

5、8 Bits

对于8个二进制位的类型来说,是不需要考虑大小端的,如下:

template <> inline quint8 qbswap<quint8>(quint8 source)
{
    return source;
}

template <> inline qint8 qbswap<qint8>(qint8 source)
{
    return source;
}

6、大小端转换

大小端转换涉及如下六个函数:

#if Q_BYTE_ORDER == Q_BIG_ENDIAN

template <typename T> inline T qToBigEndian(T source)
{ return source; }
template <typename T> inline T qFromBigEndian(T source)
{ return source; }
template <typename T> inline T qToLittleEndian(T source)
{ return qbswap<T>(source); }
template <typename T> inline T qFromLittleEndian(T source)
{ return qbswap<T>(source); }
template <typename T> inline void qToBigEndian(T src, void *dest)
{ qToUnaligned<T>(src, dest); }
template <typename T> inline void qToLittleEndian(T src, void *dest)
{ qbswap<T>(src, dest); }
#else // Q_LITTLE_ENDIAN

template <typename T> inline T qToBigEndian(T source)
{ return qbswap<T>(source); }
template <typename T> inline T qFromBigEndian(T source)
{ return qbswap<T>(source); }
template <typename T> inline T qToLittleEndian(T source)
{ return source; }
template <typename T> inline T qFromLittleEndian(T source)
{ return source; }
template <typename T> inline void qToBigEndian(T src, void *dest)
{ qbswap<T>(src, dest); }
template <typename T> inline void qToLittleEndian(T src, void *dest)
{ qToUnaligned<T>(src, dest); }

#endif // Q_BYTE_ORDER == Q_BIG_ENDIAN

如果不考虑字节对齐,还有下面几个特化模板。

template <typename T> inline T qFromLittleEndian(const void *src)
{
    return qFromLittleEndian(qFromUnaligned<T>(src));
}

template <> inline quint8 qFromLittleEndian<quint8>(const void *src)
{ return static_cast<const quint8 *>(src)[0]; }
template <> inline qint8 qFromLittleEndian<qint8>(const void *src)
{ return static_cast<const qint8 *>(src)[0]; }

template <class T> inline T qFromBigEndian(const void *src)
{
    return qFromBigEndian(qFromUnaligned<T>(src));
}

template <> inline quint8 qFromBigEndian<quint8>(const void *src)
{ return static_cast<const quint8 *>(src)[0]; }
template <> inline qint8 qFromBigEndian<qint8>(const void *src)
{ return static_cast<const qint8 *>(src)[0]; }
作者:iEearth 发表于2017/8/9 18:36:14 原文链接
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