在Clang中将uint64_t转换为字节数组并进行最佳移植

Question

如果要转换uint64_t为uint8_t[8]（小尾数）。在小端架构上，您可以执行ug reinterpret_cast<>或memcpy()，例如：

void from_memcpy(const std::uint64_t &x, uint8_t* bytes) {
    std::memcpy(bytes, &x, sizeof(x));
}

这将产生有效的组装：

mov     rax, qword ptr [rdi]
mov     qword ptr [rsi], rax
ret

但是，它不是便携式的。在一点字节序的机器上它将具有不同的行为。

要转换uint8_t[8]成uint64_t一个很好的解决方案-只需执行以下操作：

mov     rax, qword ptr [rdi]
mov     qword ptr [rsi], rax
ret

这看起来效率低下，但实际上使用Clang时，-O2它会生成与以前完全相同的程序集，如果在大型字节序计算机上进行编译，它将足够聪明以使用本机字节交换指令。例如此代码：

void to(const std::uint8_t* bytes, std::uint64_t &x) {
    x = (std::uint64_t(bytes[0]) << 8*0) |
        (std::uint64_t(bytes[1]) << 8*1) |
        (std::uint64_t(bytes[2]) << 8*2) |
        (std::uint64_t(bytes[3]) << 8*3) |
        (std::uint64_t(bytes[4]) << 8*4) |
        (std::uint64_t(bytes[5]) << 8*5) |
        (std::uint64_t(bytes[6]) << 8*6) |
        (std::uint64_t(bytes[7]) << 8*7);
}

编译为：

mov     rax, qword ptr [rdi]
bswap   rax
mov     qword ptr [rsi], rax
ret

我的问题是：是否存在用于反向转换的等效可靠优化结构？我已经尝试过了，但是天真地编译了它：

void to(const std::uint8_t* bytes, std::uint64_t &x) {
    x = (std::uint64_t(bytes[7]) << 8*0) |
        (std::uint64_t(bytes[6]) << 8*1) |
        (std::uint64_t(bytes[5]) << 8*2) |
        (std::uint64_t(bytes[4]) << 8*3) |
        (std::uint64_t(bytes[3]) << 8*4) |
        (std::uint64_t(bytes[2]) << 8*5) |
        (std::uint64_t(bytes[1]) << 8*6) |
        (std::uint64_t(bytes[0]) << 8*7);
}

编辑：经过一些试验，只要您使用，就可以使用GCC 8.1及更高版本对代码进行最佳编译uint8_t* __restrict__ bytes。但是我仍然没有找到Clang会优化的形式。

Answer 1

如果返回一个值呢？易于推理且组装规模小：

#include <cstdint>
#include <array>

auto to_bytes(std::uint64_t x)
{
    std::array<std::uint8_t, 8> b;
    b[0] = x >> 8*0;
    b[1] = x >> 8*1;
    b[2] = x >> 8*2;
    b[3] = x >> 8*3;
    b[4] = x >> 8*4;
    b[5] = x >> 8*5;
    b[6] = x >> 8*6;
    b[7] = x >> 8*7;
    return b;
}

https://godbolt.org/z/FCroX5

和大端：

#include <stdint.h>

struct mybytearray
{
    uint8_t bytes[8];
};

auto to_bytes(uint64_t x)
{
    mybytearray b;
    b.bytes[0] = x >> 8*0;
    b.bytes[1] = x >> 8*1;
    b.bytes[2] = x >> 8*2;
    b.bytes[3] = x >> 8*3;
    b.bytes[4] = x >> 8*4;
    b.bytes[5] = x >> 8*5;
    b.bytes[6] = x >> 8*6;
    b.bytes[7] = x >> 8*7;
    return b;
}

https://godbolt.org/z/WARCqN

（std::array 不适用于 -target aarch64_be？）