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C++23便利機能の紹介:byteswap関数

Last updated at Posted at 2023-12-13

C++23標準ライブラリでは「バイト単位での順序入れ替え」を行う関数テンプレート std::byteswap が追加されました。

C++20機能を利用したエンディアン判定(std::endian)と組み合わせて、整数型のネットワークバイトオーダー ⇔ ホストバイトオーダー変換を汎用的に記述できます。

POSIX.1-2001
// <arpa/inet.h>ヘッダ
uint32_t htonl(uint32_t);
uint16_t htons(uint16_t);
uint32_t ntohl(uint32_t);
uint16_t ntohs(uint16_t);
// WindowsOSは<winsock.h>ヘッダで同等関数を宣言
C++23
#include <bit>
#include <concepts>

template <std::integral T>
constexpr inline T hton(T value) noexcept
{
  if constexpr (std::endian::native == std::endian::little) {
    return std::byteswap(value);
  } else {
    return value;
  }
}

template <std::integral T>
constexpr inline T ntoh(T value) noexcept
{
  if constexpr (std::endian::native == std::endian::little) {
    return std::byteswap(value);
  } else {
    return value;
  }
}

これでもう64ビット幅整数のバイトスワップ関数1を探す必要もなくなり、将来に備えて128ビット幅整数(要る?)のバイトスワップ処理だって簡単に書けちゃいます!

EXTRA STAGE

以降は onihusube🍄さん からの鋭い指摘 追加ネタご提供をもとに追記した内容です。寂しかった記事を増強させるきっかけを頂いたことに感謝。

この世の中にはリトルエンディアン/ビッグエンディアンどちらでも無い、独自の エンディアン をもつアーキテクチャが存在するそうです。例えば往年の PDP-11 とか。

C++標準ライブラリはこの点を考慮した仕様となっており、std::endian::nativestd::endian::little, std::endian::bigいずれでもない処理系定義の値をとる可能性があります。さすが俺たち/私たちのC++!!

C++23
#include <bit>
#include <concepts>

template <std::integral T>
constexpr inline T hton(T value) noexcept
{
  if constexpr (std::endian::native == std::endian::little) {
    return std::byteswap(value);
  } else if constexpr (std::endian::native == std::endian::big) {
    return value;
  } else {
    static_assert(false, "Unknown endianness");
  }
}

template <std::integral T>
constexpr inline T ntoh(T value) noexcept
{
  if constexpr (std::endian::native == std::endian::little) {
    return std::byteswap(value);
  } else if constexpr (std::endian::native == std::endian::big) {
    return value;
  } else {
    static_assert(false, "Unknown endianness");
  }
}

else節の static_assert(false, "..."); が気になったあなた。かなりC++にお詳しいですね?確かに以前のC++仕様ではこの書き方だとconstexpr if文の分岐状況によらずコンパイルエラーを引き起こしていました。2023年12年現在では プログラマの意図通りに振る舞うよう修正 されています。ちゃんとユーザフレンドリに進化してるんですね〜

関連情報

  1. htonll/ntohll, bswap_64, _byteswap_uint64, etc...

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