Question

有没有人知道是否有一个.NET Framework等价物来交换uint中的字节顺序？

我正在尝试将一些使用MSFT _byteswap_ulong（相当于App Nsix中的Apples OSSwapInt32或Bswap32）的自定义c哈希代码移植到c＃。我可以手动编写这个函数，但我怀疑它会利用任何编译器优化（例如c / c ++编译器提供难以超越的内在函数我希望运行时与内置函数相同）。如果重要，我不关心保留字节序。

我尝试过基于通用的解决方案，但我不相信这会是最佳的。

BitConverter.ToUInt32(BitConverter.GetBytes(g).Reverse().ToArray<byte>(),0);

编辑：

所以我想出了这个特定函数平均在十分钟内被调用的次数（对于我们的一个哈希消费者）。此函数被调用10000000000次。因此，我设置了一些微观分析，以查看c代码与下面提供的解决方案（以及上面提出的解决方案）的性能。

C代码运行许多操作（使用内在函数）。在我可靠的笔记本电脑上1500毫秒。我上面提到的c＃代码大约运行2689581 ms。一个巨大的差异。 Matthew Watson提供的c＃代码运行了将近36000毫秒。 Caramiriel提出的第一个解决方案运行时间差不多是115014毫秒，第二个解决方案提供的差不多是36000个。

虽然这些解决方案都没有接近内在调用的速度，但它们比我原来的解决方案要好得多（对于那么多计算，从44分钟到36秒）。这对我的应用程序完全可以接受。虽然如果.NET编译器提供了一些与本机编译器相同的内在功能，那就太好了。

为了完整性，这里是我用于微基准测试的C代码：

#include "stdafx.h"
#include "windows.h"

unsigned long Swap(unsigned int value)
{
    return _byteswap_uint64(value);
}

int _tmain(int argc, _TCHAR* argv[])
{
    unsigned int value = 0x01020304;
    unsigned long NUMITER = 10000000000;
    unsigned long a=0;
    unsigned long z=0;
    int throwAwayLoopCount = 5;

    for (int k = 0; k < throwAwayLoopCount; ++k)
    {
        a = GetTickCount();
        for (unsigned long  i = 0; i < NUMITER; ++i)
        {
            value = Swap(value);
        }
        z = GetTickCount();
        printf("Baseline, Cached: time is %4lld milliseconds: value%4lld\n", z-a,value);
    }

    printf("Baseline, Cached: time is %4lld milliseconds\n", z-a);

    return 0;
}

以下是用于对所提供解决方案进行基准测试的c＃代码：

namespace ByteSwapProfiler
{
    using System.Runtime.InteropServices;
    using System.Diagnostics;

    [StructLayout(LayoutKind.Explicit)]
    internal struct UInt32Union
    {
        [FieldOffset(0)]
        public UInt32 Value;
        [FieldOffset(0)]
        public byte Byte1;
        [FieldOffset(1)]
        public byte Byte2;
        [FieldOffset(2)]
        public byte Byte3;
        [FieldOffset(3)]
        public byte Byte4;
    }


    class Program
    {

        static uint ByteSwapNaive(uint g)
        {
            return BitConverter.ToUInt32(BitConverter.GetBytes(g).Reverse().ToArray<byte>(), 0);
        }

        static uint ByteSwapCaramiriel1(uint value)
        {
            unchecked
            {
                return ((value & 0xff000000) >> 24) |
                        ((value & 0x00ff0000) >> 8) |
                        ((value & 0x0000ff00) << 8) |
                        ((value & 0x000000ff) << 24);
            }
        }

        static uint ByteSwapCaramiriel2(UInt32Union src)
        {
            UInt32Union dest = new UInt32Union
                {
                    Byte1 = src.Byte4,
                    Byte2 = src.Byte3,
                    Byte3 = src.Byte2,
                    Byte4 = src.Byte1
                };

            return dest.Value;
        }

        static uint ByteSwapMatthewWatson(uint word)
        {
            return ((word >> 24) & 0x000000FF) | ((word >> 8) & 0x0000FF00) | ((word << 8) & 0x00FF0000) | ((word << 24) & 0xFF000000);            
        }

        static void Main(string[] args)
        {
            uint value= 0x01020304;
            UInt32Union src = new UInt32Union();
            src.Value = value;

            ulong NUMITER = 10000000000;
            uint throwAwayLoopCount = 5;
            var sw = new Stopwatch();
            string name = "Naive";
            //for (int k = 0; k < throwAwayLoopCount; ++k)
            {
                sw = Stopwatch.StartNew();
                for (ulong i = 0; i < NUMITER; ++i)
                {
                    value = ByteSwapNaive(value);
                }
                sw.Stop();
                Console.Write("{0,-13}, Cached: time is {1,7} milliseconds.  Value:{2} \n", name, (sw.ElapsedMilliseconds).ToString("0"),value);
            }

            Console.Write("{0,-13}, Cached: time is {1,7} milliseconds.\n", name, (sw.ElapsedMilliseconds).ToString("0"));


            name = "MatthewWatson";
            for (int k = 0; k < throwAwayLoopCount; ++k)
            {
                sw = Stopwatch.StartNew();
                for (ulong i = 0; i < NUMITER; ++i)
                {
                    value = ByteSwapMatthewWatson(value);
                }
                sw.Stop();
                Console.Write("{0,-13}, Cached: time is {1,7} milliseconds.  Value:{2} \n", name, (sw.ElapsedMilliseconds).ToString("0"), value);
            }
            Console.Write("{0,-13}, Cached: time is {1,7} milliseconds.\n", name, (sw.ElapsedMilliseconds).ToString("0"));

            name = "Caramiriel2";
            for (int k = 0; k < throwAwayLoopCount; ++k)
            {
                sw = Stopwatch.StartNew();
                for (ulong i = 0; i < NUMITER; ++i)
                {
                    value = ByteSwapCaramiriel2(src);
                }
                sw.Stop();
                Console.Write("{0,-13}, Cached: time is {1,7} milliseconds.  Value:{2} \n", name, (sw.ElapsedMilliseconds).ToString("0"), value);
            }

            Console.Write("{0,-13}, Cached: time is {1,7} milliseconds.\n", name, (sw.ElapsedMilliseconds).ToString("0"));

            name = "Caramiriel1";
            for (int k = 0; k < throwAwayLoopCount; ++k)
            {
                sw = Stopwatch.StartNew();
                for (ulong i = 0; i < NUMITER; ++i)
                {
                    value = ByteSwapCaramiriel1(value);
                }
                sw.Stop();
                Console.Write("{0,-13}, Cached: time is {1,7} milliseconds.  Value:{2} \n", name, (sw.ElapsedMilliseconds).ToString("0"), value);
            }

            Console.Write("{0,-13}, Cached: time is {1,7} milliseconds.\n", name, (sw.ElapsedMilliseconds).ToString("0"));
        }
    }
}

Answer 1

我认为你没有像_byteswap_ulong那样快得到任何东西，但如果你使用它：

public static uint SwapBytes(uint word)
{
    return ((word>>24)&0x000000FF) | ((word>>8)&0x0000FF00) | ((word<<8)&0x00FF0000) | ((word<<24)&0xFF000000);            
}

至少JIT优化器可能会内联它。

Answer 2

一种方法是直接在（U）Int32型上工作。这为您提供了最少的开销，例如Linq中使用的状态机以及所涉及的方法调用。

unchecked {     
    return 
            ((value & 0xff000000) >> 24) |
            ((value & 0x00ff0000) >> 8) |
            ((value & 0x0000ff00) << 8) |
            ((value & 0x000000ff) << 24);
}

这将每个字节分隔在整数中的相应位置，并将其移动（shifting）到正确的位置。最后，将移动的字节拼接在一起（OR - ed）。 Unchecked只是抑制可能导致过度/下溢的异常，这些异常现在不相关（因为不涉及检查而保存了性能）。

或者C union方式，虽然更具可读性，但在我的VM上慢两倍：

[StructLayout(LayoutKind.Explicit)]
internal struct UInt32Union
{
    [FieldOffset(0)] public UInt32 Value;
    [FieldOffset(0)] public byte Byte1;
    [FieldOffset(1)] public byte Byte2;
    [FieldOffset(2)] public byte Byte3;
    [FieldOffset(3)] public byte Byte4;
}

static UInt32 Swap( UInt32 value )
{
    UInt32Union src = new UInt32Union
    src.Value = value;

    UInt32Union dest = new UInt32Union
        {
            Byte1 = src.Byte4,
            Byte2 = src.Byte3,
            Byte3 = src.Byte2,
            Byte4 = src.Byte1
        };

    return dest.Value;
}

Answer 3

从.NET Core 2.1开始，BinaryPrimitives.ReverseEndianness为此功能提供了优化的软件实现。从.NET Core 3.0开始，它使用JIT内在函数实现，该内在函数使用bswap指令插入非常高效的机器代码中。

Answer 4

您可以使用IPAddress.NetworkToHostOrder方法，它将对int16 int32 int64最为有效，实际上使用的是单CPU指令，该指令通常会内联。

在Big-endian系统上，此方法将无效，但我不知道任何运行当前dotnet的BE系统。

或者您可以使用@scott的答案和BinaryPrimitives.ReverseEndianness，但这仅用于网络核心。

.NET等效的_byteswap_ulong / OSSwapInt32 /或bswap32

4 个答案: