嵌入式編程中的高低位交換如何實現？

最近的協議中遇到字節高低位轉換的問題，于是偷懶上網查看，遇到類似的問題，也認識一個新的名字，叫做蝶式交換

問題是這樣子的

協議要求字節低位在左，高位在右，對每個字節做轉換處理，逐個交換其高低位，例如11010001，經過0->7，1->6，2->5，3->4對應位的交換，變成10001011。

這里就需要有位操作的知識，參考 位操作運算有什么奇技淫巧?(附源碼)

這里我們以8位數據高低位轉換為例子：

 1#include <stdio.h>
 2
 3unsigned char highAndLowShiftHEX(unsigned char data);
 4void printBin(int n);
 5
 6int main () {
 7
 8    highAndLowShiftHEX(209);
 9    return 0;
10}
11
12unsigned char highAndLowShiftHEX(unsigned char data)  
13{  
14   unsigned char i;  
15   unsigned char tmp=0x00;  
16   for(i=0;i<8;i++)  
17   {  
18       tmp=((data>>i)&0x01)|tmp;  
19       //printBin(tmp);
20       if(i<7)  
21           tmp=tmp<<1;  
22   }  
23   printf("\nafter shift data:");  
24   printBin(tmp);
25   return tmp;    
26}
27
28//由于二進制直觀，故寫了一個打印二進制的函數
29void printBin(int n)
30{
31    int len = sizeof(n)*8;//總位數。
32    int i;
33    if(i == 0)
34    {
35         printf("0");
36         return;
37    }
38    for(i = len-1; i >= 0; i --)//略去高位0.
39    {
40        if(n&(1<<i)) break;
41    }
42
43    for(;i>=0; i --)
44        printf("%d", (n&(1<<i)) != 0);
45}

熟悉位操作，上述代碼實現起來就比較簡單。在嵌入式開發中這類問題通常使用蝶式交換法和查表法來實現。

高階實現？

查表法就是將一些值存到內存中，在需要計算的時候查表，但是這種方法會占用額外的存儲空間。

所以這里主要介紹一下蝶式交換法，我們以8位數據轉換為例。

• 假設原始序列為：1 2 3 4 5 6 7 8

• 目標序列為：8 7 6 5 4 3 2 1

那么流程圖如下：

由此完成了整個位的逆序轉換，同樣以11010001為例，下面是具體的實現代碼：

 1#include <stdio.h>
 2
 3unsigned char highAndLowShiftHEX(unsigned char );
 4void printBin(int );
 5
 6int main () {
 7
 8    highAndLowShiftHEX(209);
 9    return 0;
10}
11
12unsigned char highAndLowShiftHEX(unsigned char data)  
13{  
14   data=(data<<4)|(data>>4);  
15   data=((data<<2)&0xcc)|((data>>2)&0x33);  
16   data=((data<<1)&0xaa)|((data>>1)&0x55);  
17   printf("  after shift data=%x \n",data);  
18   printBin(data);
19   return data;  
20}
21
22//由于二進制直觀，故寫了一個打印二進制的函數
23void printBin(int n)
24{
25    int len = sizeof(n)*8;//總位數。
26    int i;
27    if(i == 0)
28    {
29         printf("0");
30         return;
31    }
32    for(i = len-1; i >= 0; i --)//略去高位0.
33    {
34        if(n&(1<<i)) break;
35    }
36
37    for(;i>=0; i --)
38        printf("%d", (n&(1<<i)) != 0);
39}

交換字節的高低位并不是一個很常見的問題，遇到該問題時，需要經過仔細的分析，加上對C語言位操作的熟練掌握，就能夠很好的解決這一類的問題。

擴展

那么我們將其擴展到16位半字數據的高低位轉換。

其實原理是跟8位的時候是一樣的，采用簡單的移位方式對數據的高低位進行轉換。熟悉位操作的話代碼就相對簡單了。

下面是對該思路的具體實現。

 1#include <stdio.h>
 2
 3void expandPrintBin(int val2);
 4unsigned short HighAndLowSwitchHEX(unsigned short data);
 5
 6int main () {
 7
 8    HighAndLowSwitchHEX(38491);
 9    return 0;
10}
11
12
13//由于二進制直觀，故寫了一個擴展的打印二進制的函數
14void expandPrintBin(int val2)
15{
16    int i,k;
17    unsigned char *p = (unsigned char*)&val2 + 3; //從低位到高位,低端字節計算機
18    for( k = 0; k <= 3; k++)
19    {
20        int val2 = *(p-k);
21        for (i = 7; i >= 0; i--)
22        {
23            if(val2 & (1 << i))
24                printf("1");
25            else
26                printf("0");
27        }
28        printf(" ");
29    }
30}
31unsigned short HighAndLowSwitchHEX(unsigned short data)
32{
33    unsigned char i = 0;
34    unsigned short temp = 0x0000;
35
36    for(i = 0; i < 16; i++)
37    {
38        temp = ((data >> i) & 0x0001) | temp;
39        if(i < 15)
40        {
41            temp = temp << 1;
42        }
43    }
44    printf("temp:%x\n\n",temp);
45    expandPrintBin(temp);
46    return temp;
47}

同樣的所謂的蝶式交換法，我引用了字節交換法的例子，我們可以演算一下：

• 假設原始序列為：a b c d e f g h i j k l m n o p

• 目標序列為：p o n m l k j i h g f e d c b a

那么流程圖如下：

由此完成了整個位的逆序轉換，完成了算法的拓展，以1001011001011011為例，下面是具體的實現代碼：

 1#include <stdio.h>
 2
 3unsigned short highAndLowShiftHEX(unsigned short data);
 4void expandPrintBin(int val2);
 5
 6int main () {
 7
 8    highAndLowShiftHEX(38491);
 9    return 0;
10}
11
12unsigned short highAndLowShiftHEX(unsigned short data)
13{
14  data = (data << 8) | (data >> 8);   //0101101110010110
15  data = ((data << 4) & 0xF0FF) | ((data >> 4) & 0xFF0F); //1011010101101001
16  data = ((data << 2) & 0xCCCC) | ((data >> 2) & 0x3333); //1110010110010110
17  data = ((data << 1) & 0xAAAA) | ((data >>1 ) & 0x5555); //1101101001101001
18  printf("  after shift data=%x \n",data);  
19  expandPrintBin(data);
20  return data;  
21}
22
23//由于二進制直觀，故寫了一個擴展的打印二進制的函數
24void expandPrintBin(int val2)
25{
26    int i,k;
27    unsigned char *p = (unsigned char*)&val2 + 3; //從低位到高位,低端字節計算機
28    for( k = 0; k <= 3; k++)
29    {
30        int val2 = *(p-k);
31        for (i = 7; i >= 0; i--)
32        {
33            if(val2 & (1 << i))
34                printf("1");
35            else
36                printf("0");
37        }
38        printf(" ");
39    }
40}

對于這種交換位的問題，在嵌入式開發中會經常遇到，熟悉掌握位操作還有調試手段很重要。熟練的利用好C語言的移位操作，就能快速的解決此類問題。

總結

上面的問題關鍵還是位操作的靈活妙用，其次是寫了兩個打印二進制的函數，方便使用，代碼可以直接使用，調試不易，歡迎點贊，在看，轉發也是厚愛，我們下一期，再見！