【QT】Qt对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：

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qToUnaligned和qFromUnaligned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 specializationstemplate <> 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);}#elsetemplate <> 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);}#elsetemplate <> inline quint16 qbswap<quint16>(quint16 source){    return quint16( 0                    | ((source & 0x00ff) << 8)                    | ((source & 0xff00) >> 8) );}#endif // GCC & Clang intrinsics// signed specializationstemplate <> 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_ENDIANtemplate <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_ENDIANtemplate <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]; }