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C++大小端转换教程

2023-06-30 21:47:55 深夜i -- --

C++ 大小端转换教程编程

在计算机中，字节序（byte order）也被称为端序（endian），它是指一个多字节的数据在内存中的存储顺序。具体来说，我们通常用一个16比特（2字节）的整数0x1234来举例。在第一个字节存储0x12，在第二个字节存储0x34的存储方式称为“大端序”（big-endian），在第一个字节存储0x34，在第二个字节存储0x12的存储方式称为“小端序”（little-endian）。

在C++程序中，由于不同CPU架构对字节序的处理方式不同，为了确保代码运行正确，我们有时需要对数据进行大小端转换。本文将介绍如何在C++程序中进行大小端转换。

1. 使用强制类型转换

在C++中，我们可以通过将多字节类型转换为char数组并按照相反的顺序重新排列来进行大小端转换。以下示例演示了将一个16位的整数从本机字节序转换为网络字节序（即大端序）的方法。


#include <iostream>
#include <arpa/inet.h>
int main()
{
  uint16_t number = 0x1234; // 16-bit number in native byte order
  uint16_t network_number = htons(number); // 16-bit number in network byte order (big-endian)
  std::cout << std::hex << number << " in native byte order: ";
  for (size_t i = 0; i < sizeof(number); i++)
  {
    std::cout << std::hex << static_cast<int>(reinterpret_cast<const unsigned char*>(&number)[i]) << " ";
  }
  std::cout << std::endl;
  std::cout << std::hex << network_number << " in network byte order: ";
  for (size_t i = 0; i < sizeof(network_number); i++)
  {
    std::cout << std::hex << static_cast<int>(reinterpret_cast<const unsigned char*>(&network_number)[i]) << " ";
  }
  std::cout << std::endl;
  return 0;
}

在上述示例中，我们首先定义一个16位整数number，并将其赋值为0x1234。然后，我们使用htons函数将其转换为网络字节序中的16位整数network_number。最后，我们使用reinterpret_cast将number和network_number强制转换为unsigned char数组，并使用static_cast将其转换为int打印。

2. 使用网络字节序函数

C++标准库中提供了一些函数来进行大小端转换。这些函数定义在头文件中，可以轻松地将16位和32位整数从本机字节序转换为网络字节序（大端序）或从网络字节序转换为本机字节序。以下是一些常用的大小端转换函数。

- htons和ntohs：将16位整数从主机字节序转换为网络字节序或从网络字节序转换为主机字节序。

- htonl和ntohl：将32位整数从主机字节序转换为网络字节序或从网络字节序转换为主机字节序。

以下示例演示了将一个16位或32位整数从本地字节序转换为网络字节序的方法。


#include <iostream>
#include <netinet/in.h>
int main()
{
  uint16_t number16 = 0x1234; // 16-bit number in native byte order
  uint16_t network_number16 = htons(number16); // 16-bit number in network byte order (big-endian)
  uint32_t number32 = 0x12345678; // 32-bit number in native byte order
  uint32_t network_number32 = htonl(number32); // 32-bit number in network byte order (big-endian)
  std::cout << std::hex << number16 << " in native byte order: ";
  for (size_t i = 0; i < sizeof(number16); i++)
  {
    std::cout << std::hex << static_cast<int>(reinterpret_cast<const unsigned char*>(&number16)[i]) << " ";
  }
  std::cout << std::endl;
  std::cout << std::hex << network_number16 << " in network byte order: ";
  for (size_t i = 0; i < sizeof(network_number16); i++)
  {
    std::cout << std::hex << static_cast<int>(reinterpret_cast<const unsigned char*>(&network_number16)[i]) << " ";
  }
  std::cout << std::endl;
  std::cout << std::hex << number32 << " in native byte order: ";
  for (size_t i = 0; i < sizeof(number32); i++)
  {
    std::cout << std::hex << static_cast<int>(reinterpret_cast<const unsigned char*>(&number32)[i]) << " ";
  }
  std::cout << std::endl;
  std::cout << std::hex << network_number32 << " in network byte order: ";
  for (size_t i = 0; i < sizeof(network_number32); i++)
  {
    std::cout << std::hex << static_cast<int>(reinterpret_cast<const unsigned char*>(&network_number32)[i]) << " ";
  }
  std::cout << std::endl;
  return 0;
}

在上述示例中，我们首先定义了一个16位整数number16和一个32位整数number32，并将它们分别赋值为0x1234和0x12345678。然后，我们使用htons和htonl函数将它们转换为网络字节序中的16位整数network_number16和32位整数network_number32。最后，我们使用reinterpret_cast将number16、network_number16、number32和network_number32强制转换为unsigned char数组，并使用static_cast将其转换为int打印。

总结

本文介绍了在C++程序中进行大小端转换的两种方法：强制类型转换和网络字节序函数。强制类型转换需要手动将多字节类型转换为char数组并重新排列，比较繁琐。网络字节序函数则提供了一些轻松和易于使用的方法，适用于将16位和32位整数从本机字节序转换为网络字节序或从网络字节序转换为本机字节序。使用这些方法，我们可以确保代码在不同CPU架构上正常运行，提高代码的可移植性。

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