如何编写constexpr交换函数来更改整数的尾数

How to write constexpr swap function to change endianess of an integer?

本文关键字：整数 何编写 constexpr 交换 函数      更新时间：2023-10-16

如何在不依赖编译器扩展的情况下编写constexpr函数来交换整数的尾数，您能举一个如何做到这一点的例子吗？

是的，这很容易；这里有一个递归（兼容C++11）实现（仅限无符号积分类型）：

#include <climits>
#include <cstdint>
#include <type_traits>
template<class T>
constexpr typename std::enable_if<std::is_unsigned<T>::value, T>::type
bswap(T i, T j = 0u, std::size_t n = 0u) {
  return n == sizeof(T) ? j :
    bswap<T>(i >> CHAR_BIT, (j << CHAR_BIT) | (i & (T)(unsigned char)(-1)), n + 1);
}

示例。

这里我使用j作为累加器，n作为循环计数器（索引字节）。

如果你有一个支持C++17折叠表达式的编译器，那么就有可能写出一些可以扩展为你手工编写的东西：

template<class T, std::size_t... N>
constexpr T bswap_impl(T i, std::index_sequence<N...>) {
  return ((((i >> (N * CHAR_BIT)) & (T)(unsigned char)(-1)) <<
           ((sizeof(T) - 1 - N) * CHAR_BIT)) | ...);
}; //                                        ^~~~~ fold expression
template<class T, class U = typename std::make_unsigned<T>::type>
constexpr U bswap(T i) {
  return bswap_impl<U>(i, std::make_index_sequence<sizeof(T)>{});
}

这种形式的优点是，因为它不使用循环或递归，所以几乎可以保证获得最佳的汇编输出——在x86-64上，clang甚至可以使用bswap指令。

受ecatmur的启发，我提出了以下解决方案，当编译器未检测到bswap时，该解决方案可能具有更好的性能（O（log（n））vs O（n））。假定N通常<8这可能无关紧要，仍然：

using std::numeric_limits;
template <typename T>
typename std::enable_if<std::is_unsigned<T>::value,T>::type
constexpr alternating_bitmask(const size_t step){
  T mask(0);
  for (size_t i=0;i<numeric_limits<T>::digits;i+=2*step){
    mask|=(~T(0)>>(numeric_limits<T>::digits-step))<<i;
  }
  return mask;
}
template <typename T>
typename std::enable_if<std::is_unsigned<T>::value,T>::type
constexpr bswap(T n){
  for (size_t i=numeric_limits<unsigned char>::digits;
              i<numeric_limits<T>::digits;
              i*=2) {
    n = ((n&(~(alternating_bitmask<T>(i))))>>i)|
        ((n&( (alternating_bitmask<T>(i))))<<i);
  }
  return n;
}

由于这种形式比ecatmur的解决方案更复杂，编译器的优化工作更困难，但clang仍然发现我们指的是bswap。

最后，C++23允许使用标准库中的新函数std:：byteswap轻松实现这一点：https://en.cppreference.com/w/cpp/numeric/byteswap

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