编译时检查endianness

Question

我尝试了一种可移植的方法，以确保在编译时使用C++11生成特定于endian的代码，但是我目前只有一台带有Windows的计算机需要测试。正因为如此，我在测试代码的地方数量上有点有限。另外，有没有人能够提供一些最佳实践或技巧，不同的方法来改善这一点？我的意图是在一个很小的数学库中使用它，在这个库中，序列化是一个相当高的优先级。

函数本身相当简单。它检查数组的值，以确定哪个字节放在第一位。然后，它通过枚举返回一个常量值，表示目标机器的endianness。如果一切正常工作，那么这段代码可以替换任何运行时检查，这些运行时检查是我或其他人用于endian检查的。

/* 
 * A simple compile-time endian test
 * g++ -std=c++11 -Wall -Werror -Wextra -pedantic -pedantic-errors endian.cpp -o endian
 *
 * This can be used with specialized template functions, classes, and class
 * methods in order better tailor code and reduce reliance on runtime
 * checking systems.
 */

#include <cstdint>
#include <iostream>

/**
 * hl_endianness
 *
 * This enumeration can be placed into templated objects in order to generate
 * compile-time code based on a program's target endianness.
 *
 * The values placed in this enum are used just in case the need arises in
 * order to manually compare them against the number order in the
 * endianValues[] array.
 */
enum hl_endianness : uint32_t {
    HL_LITTLE_ENDIAN   = 0x03020100,
    HL_BIG_ENDIAN      = 0x00010203,
    HL_PDP_ENDIAN      = 0x01000302,
    HL_UNKNOWN_ENDIAN  = 0xFFFFFFFF
};

/**
 * A constant array used to determine a program's target endianness. The
 * values
 *  in this array can be compared against the values placed in the
 * hl_endianness enumeration.
 */
static constexpr uint8_t endianValues[4] = {0, 1, 2, 3};

/**
 * A simple function that can be used to help determine a program's endianness
 * at compile-time.
 */
constexpr hl_endianness getEndianOrder() {
    return
        (0x00 == endianValues[0])           // If Little Endian Byte Order,
            ? HL_LITTLE_ENDIAN              // return 0 for little endian.
            : (0x03 == endianValues[0])     // Else if Big Endian Byte Order,
                ? HL_BIG_ENDIAN             // return 1 for big endian.
                : (0x02 == endianValues[0]) // Else if PDP Endian Byte Order,
                    ? HL_PDP_ENDIAN         // return 2 for pdp endian.
                    : HL_UNKNOWN_ENDIAN;    // Else return -1 for wtf endian.
}

#define HL_ENDIANNESS getEndianOrder()

/*
 * Test program
 */
int main() {
    #if defined _WIN32 || defined _WIN64
        static_assert(
            HL_ENDIANNESS == HL_LITTLE_ENDIAN,
            "Aren't Windows programs Little-Endian?"
        );
    #endif

    constexpr hl_endianness endianness = HL_ENDIANNESS;

    std::cout << "This machine is: ";

    switch (endianness) {
        case HL_LITTLE_ENDIAN:
            std::cout << "LITTLE";
            break;
        case HL_BIG_ENDIAN:
            std::cout << "BIG";
            break;
        case HL_PDP_ENDIAN:
            std::cout << "PDP";
            break;
        case HL_UNKNOWN_ENDIAN:
        default:
            std::cout << "UNKNOWN";
    }

    std::cout << " endian" << std::endl;
}

编辑：

我可以尝试去引用指向endianValues数组的指针偏移量，但是我仍然不确定它是否会最终默认为0(数组中的第一个显式设置值)。

constexpr hl_endianness getEndianOrder() {
    return
        (0x00 == *endianValues)           // If Little Endian Byte Order,
            ? HL_LITTLE_ENDIAN              // return 0 for little endian.
            : (0x03 == *endianValues)     // Else if Big Endian Byte Order,
                ? HL_BIG_ENDIAN             // return 1 for big endian.
                : (0x02 == *endianValues) // Else if PDP Endian Byte Order,
                    ? HL_PDP_ENDIAN         // return 2 for pdp endian.
                    : HL_UNKNOWN_ENDIAN;    // Else return -1 for wtf endian.
}

编辑#2

因此，在研究了如何将比特存储在不同的系统中之后，我终于意识到，我可能只需要使用一个比特来测试endianness。它看起来不像使用数组那么容易出错，而且我仍然在我的Windows框中得到了正确的答案。

enum hl_endianness : uint32_t {
    HL_LITTLE_ENDIAN   = 0x00000001,
    HL_BIG_ENDIAN      = 0x01000000,
    HL_PDP_ENDIAN      = 0x00010000,
    HL_UNKNOWN_ENDIAN  = 0xFFFFFFFF
};

/**
 * A simple function that can be used to help determine a program's endianness
 * at compile-time.
 */
constexpr hl_endianness getEndianOrder() {
    return
        ((1 & 0xFFFFFFFF) == HL_LITTLE_ENDIAN)
            ? HL_LITTLE_ENDIAN
            : ((1 & 0xFFFFFFFF) == HL_BIG_ENDIAN)
                ? HL_BIG_ENDIAN
                : ((1 & 0xFFFFFFFF) == HL_PDP_ENDIAN)
                    ? HL_PDP_ENDIAN
                    : HL_UNKNOWN_ENDIAN;
}

#define HL_ENDIANNESS getEndianOrder()

Answer 1

只有几点：

1. Endian-ness一般不是基于操作系统，而是基于处理器。例如，英特尔的x86处理器是小端的，不管它运行的是Windows还是Linux。
2. 您的代码将始终返回HL_LITTLE_ENDIAN。为什么？因为如果静态uint8_t endianValues4. = {0，1，2，3}；那么endianValues[0] == 0将始终为真！假设你有char x4. = {'c'，'o'，'d'，'e'}；你不认为x[0] == 'e'而不是x[0] == 'c'会令人震惊吗？标准的方法是使用联合。类似于以下内容: union endian_tester { uint32_t n；uint8_t p4.；}；const endian_tester endian_tester sample = {0x01020304}；//这将初始化.n constexpr hl_endianness getEndianOrder() { like (0x04 == sample.p0) / If Little Endian Byte Order，HL_LITTLE_ENDIAN：(0x01 == sample.p0) //如果大端字节命令，？HL_BIG_ENDIAN：(0x02 == sample.p0) // Else如果PDP端字节顺序，.(等)请注意，在我的VisualStudio2013Express版本中并不完全支持constexpr。
3. 我不清楚为什么您需要为HL_LITTLE_ENDIAN、HL_BIG_ENDIAN等使用花哨的值。您可以使用1、2等，而不是0x03020100、0x00010203等。
4. 关于堆栈溢出(在C++程序中以编程方式检测endianness)的相关问题

Answer 2

我要改变这一点：

static constexpr uint8_t endianValues[4] = {0, 1, 2, 3};

对此：

static const uint32_t value = HL_LITTLE_ENDIAN; // 0x03020100
static const uint8_t* endianValues = (uint8_t*)&value;

或者，您可以更改getEndianOrder函数以将endianValues数组读取为uint32，但您必须添加一个预处理器指令(#pragma)，以确保将其放置在一个与4个字节对齐的内存地址中(并且它本身可能会产生一些平台依赖问题，这与这里开始的目标非常不同)：

constexpr hl_endianness getEndianOrder()
{
    switch (*(uint32_t*)endianValues))
    {
        case HL_LITTLE_ENDIAN: return HL_LITTLE_ENDIAN;
        case HL_BIG_ENDIAN:    return HL_BIG_ENDIAN;
        case HL_PDP_ENDIAN:    return HL_PDP_ENDIAN;
    }
    return HL_UNKNOWN_ENDIAN;
}

Answer 3

您必须使用预定义的编译器宏(\__BIG_ENDIAN__或\__LITTLE_ENDIAN__与clang，或\__BYTE_ORDER__与gcc)。

提到的其他编译器宏技巧只会检测您正在编译的体系结构的特性，而不会检测您正在为其编译的体系结构的endianness，因此这样的操作是错误的：

\#define IS_BIG_ENDIAN ('\x01\x02\x03\x04' == 0x01020304)