三只小猪

longshanks 2008-09-18 07:22:03

三只小猪

莫华枫

小时候听说过三只小猪的故事，隐约记得故事是讲三只小猪用不同方法造房子，对抗老狼。这些天做软件，遇到一个无比简单的问题，但在三种不同的语言中，却有着截然不同的解法。

最近，冷不丁地接到公司下派的一个紧急任务，做手持POS和PC程序之间交换数据的程序。各种各样的麻烦中，有一个小得不起眼的问题，POS机中数据的字节序和PC相反。这可不算是什么啊。没错，是在太简单了。尽管如此，还是引发了一场争论。做POS程序的，希望PC程序做转换。做PC程序的，希望POS 程序做转换。（谁都想少做点，对吧;)）。最终，作为和事佬的我，为了维护和谐的氛围，揽下了这件事。当然，到底在那里做，还是要决定的。最终选择在PC 上，毕竟PC上调试起来容易。（天煞的，这个POS机没有debug，也没有模拟器，显示屏还没我手机的大，做起来着实费事）。
其实，我的本意是想在POS上做这个转换。因为POS用的是C（一个不知什么年代的gcc），可以直接操作字节。基本的代码看起来差不多应该是这样：
unsigned long InvData(unsigned long val, int n) {
unsigned long t=val, res=0;
for(; n >0; n--)
{
res = res << 8;
res |= (unsigned char)t;
t = t >> 8;
}
return res;
}
n是数据类型的字节长度。这里使用了最长的无符号整数类型。这是核心转换函数，各种类型的转换函数都可以从中派生：
long InvDataLong(long val) {
return (long)InvData((unsigned long)val, sizeof(val));
}
short InvDataShort(short val) {
return (short)InvData((unsigned short)val, sizeof(val));
}
...
最后，有一个比较特殊的地方，float。float的编码不同于整型，如果直接用(unsigned long)强制类型转换，只会把float数值的整数部分赋予参数，得不到正确的结果。正确的做法，应当是把float占用的四个字节直接映射成一个 unsigned long：
float InvDataFloat(float val) {
float val=InvData(*(unsigned long*)(&val), sizeof(val));
return *(float*)(&val);
}
通过将float变量的地址强制转换成unsigned long*类型，然后再dereference成unsigned long类型。当然还有其他办法，比如memcpy，这里就不多说了。至于double类型，为了简化问题，这里将其忽略。如果有64位的整型，那么 double可以采用类似的解法。否则，就必须写专门的处理函数。
当然，最终我还是使用C#写这个转换。相比之下，C#的转换代码显得更具现代风味。基本算法还是一样：
public static ulong DataInv(ulong val, int n)
{
ulong v1_ = val, v2_ = 0;

for (; n > 0; n--)
{
v2_ <<= 8;
v2_ |= (byte)v1_;
v1_ >>= 8;
}

return v2_;
}
对于习惯于C/C++的同学们注意了，long/ulong在C#中不是4字节，而是8字节。也就是C/C++中的longlong。以这个函数为基础，其它整数类型的字节序转换也就有了：
public static ulong DataInv(ulong val)
{
return DataInv(val, sizeof(ulong));
}

public static uint DataInv(uint val)
{
return (uint)DataInv((ulong)val, sizeof(uint));
}

public static int DataInv(int val)
{
return (int)DataInv((uint)val);
}
...
然而，面对float，出现了麻烦。在C#中，没有指针，无法象C那样将float展开成ulong。（unsafe代码可以执行这类操作，但这不是C#嫡亲的特性，并且是违背C#设计理念的。这里不做考虑）。C#提供了另一种风格的操作：
public static float DataInv(float val)
{
float res_ = 0;

byte[] buf_ = BitConverter.GetBytes(val);
byte t = 0;

t = buf_[0];
buf_[0] = buf_[3];
buf_[3] = t;

t = buf_[1];
buf_[1] = buf_[2];
buf_[2] = t;

res_ = BitConverter.ToSingle(buf_, 0);

return res_;
}
这个做法尽管有些累赘，但道理上很简单：把float变量转换成一个字节流，然后把相应的位置对调，就获得了字节反序的float。相比C的float转换，C#明显不够简练。原因很简单，C#根本不是用来干这个的。C是一种非常底层的语言，它的内存模型是完全直观的，与硬件系统相对应的。因而，对于这种与机器相关的操作，当然也显得游刃有余。而C#定位于高层开发的高级语言，底层的内存模型是被屏蔽的，程序员无需知道和关心。
不过，C#的代码却拥有它的优势。只需看一眼这些函数的使用代码，便不言自明了：
//C代码
int x=234;
float y=789.89;
short z=332;
x=InvDataInt(x);
y=InvDataFloat(y);
z=InvDataShort(z);

//C#代码
int x=234;
float y=789.89;
short z=332;
x=DataInv(x);
y=DataInv(y);
z=DataInv(z);
在C代码中，对于不同的类型，需要使用不同命名的函数。而在C#代码中，则只需使用DataInv这样一个函数名。至于届时选用那个版本的函数，编译器会根据实际的类型自动匹配。C#运用函数重载这个特性，使得调用代码可以采用统一的形式。即便是数据的类型有所变化，也无需对调用代码做任何修改。（这在我的开发过程中的得到了验证，传输数据的成员类型曾经发生变化，我也只是修改了数据结构的定义，便将问题搞定）。这一点，在C中是无法做到的。
归结起来，C由于侧重于底层，在数据转换方便的灵活性，使得转换代码的构建更加容易。而C#则得益于函数重载，在转换代码使用方面，有独到的优势。
迄今为止，三只小猪中，还只有两只出现。下面就要第三只出场了。
作为C++的粉丝，我会自然而然地想到使用C++来实现这个转换功能。于是便有了如下的代码：
unsigned long InvData(unsigned long val, int n) {
unsigned long t=val, res=0;
for(; n >0; n--)
{
res = res << 8;
res |= (unsigned char)t;
t = t >> 8;
}
}
long InvData(long val) {
return (long)InvData((unsigned long)val, sizeof(val));
}
short InvData(short val) {
return (short)InvData((unsigned short)val, sizeof(val));
}
...
float InvData(float val) {
float val=InvData(*(unsigned long*)(&val), sizeof(val));
return *(float*)(&val);
}
这些代码就好象是C和C#代码的杂交后代。既有C的底层操作，也有C#的函数重载，兼有两者的优点。
不过，还能做得更好：
template<typename T>
T InvData(T val) {
T t=val, res=0;
int n=sizeof(T);
for(; n >0; n--)
{
res = res << 8;
res |= (unsigned char)t;
t = t >> 8;
}
return (T)res;
}
这样，就把所有的整型都一网打尽了，仅用一个函数模板，便完成了原先诸多函数所做的工作。而float版本的函数则保持不变，作为InvData()的一个重载。按照C++的函数模板-重载规则，float版的函数重载将被优先使用。

好了，三只小猪的故事讲完了。前两只小猪各有优点，也各有缺点。而第三只小猪则杂合和前两者的优点，并且具有更大的进步。尽管第三只小猪存在各种各样的缺陷，但毕竟它的众多特性为我们带来了很多效率和方便，这些还是应当值得肯定的。

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