嵌入式编程中的高低位交换如何实现？

最近的协议中遇到字节高低位转换的问题，于是偷懒上网查看，遇到类似的问题，也认识一个新的名字，叫做蝶式交换

问题是这样子的

协议要求字节低位在左，高位在右，对每个字节做转换处理，逐个交换其高低位，例如11010001，经过0->7，1->6，2->5，3->4对应位的交换，变成10001011。

这里就需要有位操作的知识，参考 位操作运算有什么奇技淫巧?(附源码)

这里我们以8位数据高低位转换为例子：

 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//由于二进制直观，故写了一个打印二进制的函数
29void printBin(int n)
30{
31    int len = sizeof(n)*8;//总位数。
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，上述代码实现起来就比较简单。在嵌入式开发中这类问题通常使用蝶式交换法和查表法来实现。

高阶实现？

查表法就是将一些值存到内存中，在需要计算的时候查表，但是这种方法会占用额外的存储空间。

所以这里主要介绍一下蝶式交换法，我们以8位数据转换为例。

• 假设原始序列为：1 2 3 4 5 6 7 8

• 目标序列为：8 7 6 5 4 3 2 1

那么流程图如下：

由此完成了整个位的逆序转换，同样以11010001为例，下面是具体的实现代码：

 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//由于二进制直观，故写了一个打印二进制的函数
23void printBin(int n)
24{
25    int len = sizeof(n)*8;//总位数。
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}

交换字节的高低位并不是一个很常见的问题，遇到该问题时，需要经过仔细的分析，加上对C语言位操作的熟练掌握，就能够很好的解决这一类的问题。

扩展

那么我们将其扩展到16位半字数据的高低位转换。

其实原理是跟8位的时候是一样的，采用简单的移位方式对数据的高低位进行转换。熟悉位操作的话代码就相对简单了。

下面是对该思路的具体实现。

 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//由于二进制直观，故写了一个扩展的打印二进制的函数
14void expandPrintBin(int val2)
15{
16    int i,k;
17    unsigned char *p = (unsigned char*)&val2 + 3; //从低位到高位,低端字节计算机
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}

同样的所谓的蝶式交换法，我引用了字节交换法的例子，我们可以演算一下：

• 假设原始序列为：a b c d e f g h i j k l m n o p

• 目标序列为：p o n m l k j i h g f e d c b a

那么流程图如下：

由此完成了整个位的逆序转换，完成了算法的拓展，以1001011001011011为例，下面是具体的实现代码：

 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//由于二进制直观，故写了一个扩展的打印二进制的函数
24void expandPrintBin(int val2)
25{
26    int i,k;
27    unsigned char *p = (unsigned char*)&val2 + 3; //从低位到高位,低端字节计算机
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}

对于这种交换位的问题，在嵌入式开发中会经常遇到，熟悉掌握位操作还有调试手段很重要。熟练的利用好C语言的移位操作，就能快速的解决此类问题。

总结

上面的问题关键还是位操作的灵活妙用，其次是写了两个打印二进制的函数，方便使用，代码可以直接使用，调试不易，欢迎点赞，在看，转发也是厚爱，我们下一期，再见！