Qt 大小端字节序的处理

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0x00到0x03，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0x12，0x01存储0x34，0x02存储0x56，0x03存储0x78，反之，小端字节序时，地址0x00存储数字0x78，0x01存储0x56，0x02存储0x34，0x03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：

 1 inline void qbswap_helper(const void *src, void *dest, int size)
 2 {
 3     for (int i = 0; i < size ; ++i)
 4         static_cast<uchar *>(dest)[i] = static_cast<const uchar *>(src)[size - 1 - i];
 5 }
 6 
 7 template <typename T> inline void qbswap(const T src, void *dest)
 8 {
 9     qbswap_helper(&src, dest, sizeof(T));
10 }

3、考虑字节对齐

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

 1 template <typename T> Q_ALWAYS_INLINE void qToUnaligned(const T src, void *dest)
 2 {
 3     const size_t size = sizeof(T);
 4 #if QT_HAS_BUILTIN(__builtin_memcpy)
 5     __builtin_memcpy
 6 #else
 7     memcpy
 8 #endif
 9             (dest, &src, size);
10 }
11 
12 template <typename T> Q_ALWAYS_INLINE T qFromUnaligned(const void *src)
13 {
14     T dest;
15     const size_t size = sizeof(T);
16 #if QT_HAS_BUILTIN(__builtin_memcpy)
17     __builtin_memcpy
18 #else
19     memcpy
20 #endif
21             (&dest, src, size);
22     return dest;
23 }
24 
25 #if (defined(Q_CC_GNU) && Q_CC_GNU >= 403) || QT_HAS_BUILTIN(__builtin_bswap32)
26 template <> inline void qbswap<quint64>(quint64 source, void *dest)
27 {
28     qToUnaligned<quint64>(__builtin_bswap64(source), dest);
29 }
30 template <> inline void qbswap<quint32>(quint32 source, void *dest)
31 {
32     qToUnaligned<quint32>(__builtin_bswap32(source), dest);
33 }
34 #else
35 #endif // GCC & Clang intrinsics
36 
37 #if (defined(Q_CC_GNU) && Q_CC_GNU >= 408) || QT_HAS_BUILTIN(__builtin_bswap16)
38 template <> inline void qbswap<quint16>(quint16 source, void *dest)
39 {
40     qToUnaligned<quint16>(__builtin_bswap16(source), dest);
41 }
42 #else
43 #endif // GCC & Clang intrinsics
44 
45 // signed specializations
46 template <> inline void qbswap<qint64>(qint64 source, void *dest)
47 {
48     qbswap<quint64>(quint64(source), dest);
49 }
50 
51 template <> inline void qbswap<qint32>(qint32 source, void *dest)
52 {
53     qbswap<quint32>(quint32(source), dest);
54 }
55 
56 template <> inline void qbswap<qint16>(qint16 source, void *dest)
57 {
58     qbswap<quint16>(quint16(source), dest);
59 }

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：

 1 template <typename T> T qbswap(T source);
 2 
 3 #if (defined(Q_CC_GNU) && Q_CC_GNU >= 403) || QT_HAS_BUILTIN(__builtin_bswap32)
 4 template <> inline quint64 qbswap<quint64>(quint64 source)
 5 {
 6     return __builtin_bswap64(source);
 7 }
 8 template <> inline quint32 qbswap<quint32>(quint32 source)
 9 {
10     return __builtin_bswap32(source);
11 }
12 #else
13 template <> inline quint64 qbswap<quint64>(quint64 source)
14 {
15     return 0
16         | ((source & Q_UINT64_C(0x00000000000000ff)) << 56)
17         | ((source & Q_UINT64_C(0x000000000000ff00)) << 40)
18         | ((source & Q_UINT64_C(0x0000000000ff0000)) << 24)
19         | ((source & Q_UINT64_C(0x00000000ff000000)) << 8)
20         | ((source & Q_UINT64_C(0x000000ff00000000)) >> 8)
21         | ((source & Q_UINT64_C(0x0000ff0000000000)) >> 24)
22         | ((source & Q_UINT64_C(0x00ff000000000000)) >> 40)
23         | ((source & Q_UINT64_C(0xff00000000000000)) >> 56);
24 }
25 
26 template <> inline quint32 qbswap<quint32>(quint32 source)
27 {
28     return 0
29         | ((source & 0x000000ff) << 24)
30         | ((source & 0x0000ff00) << 8)
31         | ((source & 0x00ff0000) >> 8)
32         | ((source & 0xff000000) >> 24);
33 }
34 #endif // GCC & Clang intrinsics
35 
36 #if (defined(Q_CC_GNU) && Q_CC_GNU >= 408) || QT_HAS_BUILTIN(__builtin_bswap16)
37 template <> inline quint16 qbswap<quint16>(quint16 source)
38 {
39     return __builtin_bswap16(source);
40 }
41 #else
42 template <> inline quint16 qbswap<quint16>(quint16 source)
43 {
44     return quint16( 0
45                     | ((source & 0x00ff) << 8)
46                     | ((source & 0xff00) >> 8) );
47 }
48 #endif // GCC & Clang intrinsics
49 
50 
51 // signed specializations
52 template <> inline qint64 qbswap<qint64>(qint64 source)
53 {
54     return qbswap<quint64>(quint64(source));
55 }
56 
57 template <> inline qint32 qbswap<qint32>(qint32 source)
58 {
59     return qbswap<quint32>(quint32(source));
60 }
61 
62 template <> inline qint16 qbswap<qint16>(qint16 source)
63 {
64     return qbswap<quint16>(quint16(source));
65 }
66 }

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：

1 template <> inline quint8 qbswap<quint8>(quint8 source)
2 {
3     return source;
4 }
5 
6 template <> inline qint8 qbswap<qint8>(qint8 source)
7 {
8     return source;
9 }

6、大小端转换

　　大小端转换涉及如下六个函数：

 1 #if Q_BYTE_ORDER == Q_BIG_ENDIAN
 2 
 3 template <typename T> inline T qToBigEndian(T source)
 4 { return source; }
 5 template <typename T> inline T qFromBigEndian(T source)
 6 { return source; }
 7 template <typename T> inline T qToLittleEndian(T source)
 8 { return qbswap<T>(source); }
 9 template <typename T> inline T qFromLittleEndian(T source)
10 { return qbswap<T>(source); }
11 template <typename T> inline void qToBigEndian(T src, void *dest)
12 { qToUnaligned<T>(src, dest); }
13 template <typename T> inline void qToLittleEndian(T src, void *dest)
14 { qbswap<T>(src, dest); }
15 #else // Q_LITTLE_ENDIAN
16 
17 template <typename T> inline T qToBigEndian(T source)
18 { return qbswap<T>(source); }
19 template <typename T> inline T qFromBigEndian(T source)
20 { return qbswap<T>(source); }
21 template <typename T> inline T qToLittleEndian(T source)
22 { return source; }
23 template <typename T> inline T qFromLittleEndian(T source)
24 { return source; }
25 template <typename T> inline void qToBigEndian(T src, void *dest)
26 { qbswap<T>(src, dest); }
27 template <typename T> inline void qToLittleEndian(T src, void *dest)
28 { qToUnaligned<T>(src, dest); }
29 
30 #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。

 1 template <typename T> inline T qFromLittleEndian(const void *src)
 2 {
 3     return qFromLittleEndian(qFromUnaligned<T>(src));
 4 }
 5 
 6 template <> inline quint8 qFromLittleEndian<quint8>(const void *src)
 7 { return static_cast<const quint8 *>(src)[0]; }
 8 template <> inline qint8 qFromLittleEndian<qint8>(const void *src)
 9 { return static_cast<const qint8 *>(src)[0]; }
10 
11 template <class T> inline T qFromBigEndian(const void *src)
12 {
13     return qFromBigEndian(qFromUnaligned<T>(src));
14 }
15 
16 template <> inline quint8 qFromBigEndian<quint8>(const void *src)
17 { return static_cast<const quint8 *>(src)[0]; }
18 template <> inline qint8 qFromBigEndian<qint8>(const void *src)
19 { return static_cast<const qint8 *>(src)[0]; }

posted on 2024-03-13 09:15 一杯清酒邀明月阅读(176) 评论(0) 编辑收藏举报