有没有什么“标准”？ C++ 中类似 htonl 的 64 位整数函数？

Question

我正在研究 memcache 协议的实现，该协议在某些时候使用 64 位整数值。这些值必须以“网络字节顺序”存储。

我希望有一些 uint64_t htonll(uint64_t value) 函数来进行更改，但不幸的是，如果它存在，我找不到它。

所以我有 1 或 2 个问题：

• 是否有任何可移植（Windows、Linux、AIX）标准函数可以做到这一点？
• 如果没有这样的功能，你会如何实现呢？

我想到了一个基本的实现，但我不知道如何在编译时检查字节顺序以使代码可移植。因此，非常欢迎您的帮助；）

谢谢。

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这是我写的最终解决方案，感谢布莱恩的解决方案。

uint64_t htonll(uint64_t value)
{
    // The answer is 42
    static const int num = 42;

    // Check the endianness
    if (*reinterpret_cast<const char*>(&num) == num)
    {
        const uint32_t high_part = htonl(static_cast<uint32_t>(value >> 32));
        const uint32_t low_part = htonl(static_cast<uint32_t>(value & 0xFFFFFFFFLL));

        return (static_cast<uint64_t>(low_part) << 32) | high_part;
    } else
    {
        return value;
    }
}

Answer 1

减少“if num == ...”的开销
使用预处理器定义：

#if __BYTE_ORDER__ == __ORDER_LITTLE_ENDIAN__
#else
#endif

Answer 2

好吧，我认为最好在编译时尽可能使用字节序切换，但我更喜欢使用函数而不是宏，因为在宏中参数只是被实参替换；因此，如果参数在宏中多次出现（如前面提供的一些解决方案中所做的那样），则可以对参数进行多次求值并创建奇怪的结果。

uint64_t htonll(uint64_t x)
{
#if __BIG_ENDIAN__
    return x;
#else
    return ((uint64_t)htonl((x) & 0xFFFFFFFFLL) << 32) | htonl((x) >> 32);
#endif
}

uint64_t ntohll(uint64_t x)
{
#if __BIG_ENDIAN__
    return x;
#else
    return ((uint64_t)ntohl((x) & 0xFFFFFFFFLL) << 32) | ntohl((x) >> 32);
#endif
}

因此，这允许调用 htonll(x++) 而无需多次增加 x，就像使用之前的宏一样。

Answer 3

我建议使用 endian.h

由于网络字节顺序按照惯例是大端字节序，因此您只需从主机调用适当的函数即可“be”。它包括 16、32 和 64 位版本。

我创建了以下单个 ntoh 模板化函数，它们适用于所有整数类型，因此我不必担心要调用哪个函数。

template <typename T> std::enable_if_t<sizeof(T) == 1, T> ntoh(T v) { return v; }
template <typename T> std::enable_if_t<sizeof(T) == 2, T> ntoh(T v) { return be16toh(v); }
template <typename T> std::enable_if_t<sizeof(T) == 4, T> ntoh(T v) { return be32toh(v); }
template <typename T> std::enable_if_t<sizeof(T) == 8, T> ntoh(T v) { return be64toh(v); }

template <typename T> std::enable_if_t<sizeof(T) == 1, T> hton(T v) { return v; }
template <typename T> std::enable_if_t<sizeof(T) == 2, T> hton(T v) { return htobe16(v); }
template <typename T> std::enable_if_t<sizeof(T) == 4, T> hton(T v) { return htobe32(v); }
template <typename T> std::enable_if_t<sizeof(T) == 8, T> hton(T v) { return htobe64(v); }

在 Linux 上，对该函数的调用没有任何损失，因为不需要进行任何转换。
在 Windows 上，谁关心 Windows ;-P

希望它能帮助别人。

Answer 4

编辑：将两者结合起来（使用布莱恩的代码）：

uint64_t htonll(uint64_t value)
{
     int num = 42;
     if(*(char *)&num == 42)
          return (htonl(value & 0xFFFFFFFF) << 32LL) | htonl(value >> 32);
     else 
          return value;
}

警告：未经测试的代码！使用前请先测试。

Answer 5

#define htonll(x) ((1==htonl(1)) ? (x) : ((uint64_t)htonl((x) & 0xFFFFFFFF) << 32) | htonl((x) >> 32))
#define ntohll(x) ((1==ntohl(1)) ? (x) : ((uint64_t)ntohl((x) & 0xFFFFFFFF) << 32) | ntohl((x) >> 32))

测试 (1==htonl(1)) 只是确定（遗憾的是在运行时）硬件架构是否需要字节交换。没有任何可移植的方法可以在编译时确定架构是什么，因此我们求助于使用“htonl”，它在这种情况下是可移植的。如果需要字节交换，那么我们使用 htonl 一次交换 32 位（记住也要交换两个 32 位字）。

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这是执行交换的另一种方法，它可以跨大多数编译器和操作系统（包括 AIX、BSD、Linux 和 Solaris）移植。

#if __BIG_ENDIAN__
# define htonll(x) (x)
# define ntohll(x) (x)
#else
# define htonll(x) (((uint64_t)htonl((x) & 0xFFFFFFFF) << 32) | htonl((x) >> 32))
# define ntohll(x) (((uint64_t)ntohl((x) & 0xFFFFFFFF) << 32) | ntohl((x) >> 32))
#endif

重要的部分是使用 __BIG_ENDIAN__ 或 __LITTLE_ENDIAN__；而不是 __BYTE_ORDER__、__ORDER_BIG_ENDIAN__ 或 __ORDER_LITTLE_ENDIAN__。一些编译器和操作系统缺少 __BYTE_ORDER__ 和朋友。

Answer 6

您可能正在寻找 bswap_64 我认为它几乎在所有地方都受支持，但我不会将其称为标准。

您可以通过创建值为 1 的 int、将 int 的地址转换为 char* 并检查第一个字节的值来轻松检查字节顺序。

例如：

int num = 42;
if(*(char *)&num == 42)
{
   //Little Endian
}
else
{
   //Big Endian
} 

知道了这一点，您还可以创建一个简单的函数来进行交换。

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您还可以始终使用包含可移植跨平台的字节序宏的 boost。

Answer 7

您可以尝试使用 uint64_t htobe64(uint64_t host_64bits) &
uint64_t be64toh(uint64_t big_endian_64bits) 反之亦然。

Answer 8

这似乎在 C 中可行；我做错了什么吗？

uint64_t htonll(uint64_t value) {
    int num = 42;
    if (*(char *)&num == 42) {
        uint32_t high_part = htonl((uint32_t)(value >> 32));
        uint32_t low_part = htonl((uint32_t)(value & 0xFFFFFFFFLL));
        return (((uint64_t)low_part) << 32) | high_part;
    } else {
        return value;
    }
}