ARM 实现字节序反转

内容均来自嵌入式系统设计课程的课件，只在此作整理。

字节序反转

场景：实现 32 位数据大小端模式的转换。 example

异或交换法

EOR     R1, R0, R0, ROR #16    ; 计算高低位差异
BIC     R1, R1, #0xFF0000      ; 清除 R1 无用位
MOV     R0, R0, ROR #8         ; R0 整体轮转
EOR     R0, R0, R1, LSR #8     ; 再次异或修正

EOR

思路：利用“异或（XOR）”运算的特性来交换数据。
优势：用计算“位差异”避免临时存储空间来保存具体的字节值。
总结：非常数学、精练的写法，代码紧凑。

掩码位移法

MOV R2, #0xFF
ORR R2, R2, #0xFF0000      ; 选中第1、3字节
AND R1, R2, R0             ; 提取 R0 第1、3字节
AND R0, R2, R0, ROR #24    ; R0 右移24位后提取
ORR R0, R0, R1, ROR #8     ; 把 R1 右移8位，与 R0 拼合

Mask

思路：通过掩码（Mask）提取特定位，然后位移拼合。
优势：逻辑清晰（分治法），通用性强，不依赖特定数学特性，可读性高。
总结：适合初学者理解字节操作的基本原理。

拓展

以上的汇编代码是针对“一个 32 位整数内部字节翻转”的场景设计，即大小端转换（BSWAP 或 std::byteswap）。

在查询资料的过程中，发现 C++ 标准库中有一个通用函数 std::reverse。其兼容性更强，可以用于数组、容器、字符串等任意长度的序列。

因为好奇去了解了一下这个方法的底层实现：

C++ 源码逻辑：双指针 + 交换

std::reverse 的核心逻辑其实并不复杂，首尾指针（迭代器）不断向中间靠拢并交换内容。

template<typename BidirectionalIterator>
void reverse(BidirectionalIterator first, BidirectionalIterator last) {
    // 只要首尾没有相遇
    while ((first != last) && (first != --last)) {
        std::iter_swap(first, last); // 交换两个指针指向的内容
        ++first;                     // 首指针向后移
    }
}

这里 swap 的标准实现通常是 “中间变量法”，因为在现代 CPU 上，异或交换通常比使用临时寄存器更慢。
```
// std::swap 的大概逻辑
T temp = std::move(a);
a = std::move(b);
b = std::move(temp);
```
异或交换会产生很强的数据依赖，导致 CPU 流水线冒泡。而使用临时变量可以让 CPU 并行处理。

编译器优化

虽然 C++ 源码逻辑是简单的 while 循环，但编译器（GCC/Clang）会根据实际操作的数据类型，把这个循环编译成高效的汇编。

情况 A：char 数组

如果代码是 std::reverse(str, str + 4) 。

编译器识别出目标操作是一个 4 字节的翻转后不会生成循环，也不会调用 std::swap，而是直接生成一条汇编指令：
- x86/x64: bswap （Byte Swap）
- ARM: rev （Reverse bytes）
这正好对应了“掩码移位法”的最终版。

情况 B：大型数组

如果代码是 std::reverse(arr, arr + 1000) 。

编译器不会一个一个数去交换，而是使用 SIMD 指令，这是可以直接操作多数据的单条指令：
1. 一次加载 128 位或 256 位的数据到向量寄存器。
2. 使用向量指令（vperm 等）在寄存器内部直接把顺序打乱。
3. 再一次性存回内存。

字节序反转

异或交换法

掩码位移法

拓展

情况 A：char 数组

情况 B：大型数组

情况 A：`char` 数组