嵌入式编程中，高低位交换如何实现？

1万 · 2023-11-22 09:53

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**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

1万 · 2023-11-22 09:57

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}

1万 · 2023-11-22 09:59

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

流程图如下所示：

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！

只看该作者 · 2023-11-22 12:47

蝶式交换