2進数で表示された数値をビッグエンディアンで表示させる方法

Question

こんにちは
305419896(16進数0x12345678)をバイト、ワード、ビットで表示するプログラムを作成しています。
ビットで表示する際に2進数変換後にリトルエンディアンからビッグエンディアンに変換したときbit[0]～bit[15]に不明な文字が入力されてしまいます。bit[16]以降は正常に表示されているのですが何が原因なのかわかりません。

下記コードの何が原因なのかご教授いただきたいです。
可能ならば修正コードも載せていただけると非常にありがたいです。

#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS//scanf警告解除
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>

#define WORD_SIZE (2)
#define BYTE_SIZE (4)
#define BIT_SIZE  (32)

typedef union
{
	 unsigned int data;				    /* 4byte    */
	 unsigned short word[WORD_SIZE];    /* 2byte×2 */
	 unsigned char byte[BYTE_SIZE];     /* 1byte×4 */
	 unsigned char bit[BIT_SIZE];       /* 1byte×32 */
}DATA;

//変数宣言
int byte_cnt;//バイトサイズカウンタ
int bit_cnt;//ビットサイズカウンタ

//関数プロトタイプ宣言
void output_data(DATA *data);

//メイン関数
int  main(int argv, char* arg[]) {

	DATA init_data;//入力用データ初期化用
	DATA *union_data;//入力用データ

	union_data = &init_data;//ポインタ初期化

	union_data->data = 305419896;

	printf("入力データ：");
	printf("%d\n", union_data->data);
	printf("=======================================\n");

	output_data(union_data);//データ出力関数呼び出し


//デバッグ用	
#if 1
	int debag;
	scanf("%d", &debag);
#endif

	return 0;
}

//データ出力関数
void output_data(DATA *data) {

	DATA endian_init;//出力用データ初期化用
	DATA *endian_data;//出力用データ

	endian_data = &endian_init;//ポインタ初期化

	/***************************/
	/*データ名表示       */
	/***************************/
	printf("=======================================\n");
	printf("DATA      : 0x%08X\n", data->data);

	/***************************/
	/*ワード表示         */
	/***************************/
	printf("=======================================\n");
	endian_data->word[0] = data->word[1];//エンディアン変換
	endian_data->word[1] = data->word[0];//エンディアン変換
	printf("WORD(Hi)  : 0x%04X\n", endian_data->word[0]);
	printf("WORD(Lo)  : 0x%04X\n", endian_data->word[1]);

	/***************************/
	/*バイト表示         */
	/***************************/
	printf("=======================================\n");

	for (byte_cnt = 0; byte_cnt < BYTE_SIZE; byte_cnt++) {

		endian_data->byte[byte_cnt] = data->byte[(BYTE_SIZE-1)- byte_cnt];//エンディアン変換

		printf("BYTE(%d)  : 0x%02X\n", byte_cnt, endian_data->byte[byte_cnt]);

	}

	/***************************/
	/*ビット表示         */
	/***************************/
	printf("=======================================\n");
#if 0
	for (bit_cnt = 0; bit_cnt<BIT_SIZE; bit_cnt++) {
		/* ビットの表示 */
		printf("BITS(%d)  : %u\n", bit_cnt, (data->data>> bit_cnt) & 1);
	}
#endif
	for (bit_cnt = 0; bit_cnt<BIT_SIZE; bit_cnt++) {
		if (((data->data >> bit_cnt) & 1 )== 1) {//2進数変換した値が1の場合
			endian_data->bit[(BIT_SIZE-1)- bit_cnt] = '1';//エンディアン変換
		}
		else if (((data->data >> bit_cnt) & 1)  == 0) {//2進数変換した値が0の場合
			endian_data->bit[(BIT_SIZE-1)- bit_cnt] = '0';//エンディアン変換
		}
		printf("BITS(%d)  : %c\n", bit_cnt, endian_data->bit[bit_cnt]);
	}

}

Answer 1

直接の回答からはそれるかもしれませんが・・・
バイト並び順の違いは、ネットワーク通信の際に問題になります。
ですので、標準ライブラリにはこの問題に対処するための関数が用意されています。
man htonl 等で調べれば仕様は分かると思います。

#include <stdio.h>
#include <arpa/inet.h>
int  main(int argv, char* arg[]) {

    unsigned int data1;
    unsigned int data2;

    data1 = 305419896;
    data2 = htonl( data1 );

    printf( "%08X\n", data1 );
    printf( "%08X\n", data2 );

    return 0;
}

以下はインテル系CPU上で動作する ubuntu 上の動作結果です。

$ gcc -o sample sample.c
$ ./sample
12345678
78563412

Comments

[n6n9Qsmt8gLjwKw]

kozuchiさん回答ありがとうございます。
標準ライブラリにこのような関数があることを知りませんでした。
非常に参考になりました。
私のPCもintel系なので同じ動作結果が出ると思いますのでman htonlを調べて試してみようと思います。

Answer 2

念のため指摘しておきますが、エンディアンは**「バイトデータ」**の並び順のことです。エンディアンを反転するのにビット操作はしません。

Comments

[n6n9Qsmt8gLjwKw]

勉強不足でした。
エンディアンの意味のとらえ方を誤解していました。
回答ありがとうございます。

Answer 3

こんにちは。

単純ミスです。
bit_cnt=0の時、(BIT_SIZE-1)- bit_cntは31ですのでendian_data->bit[31]に設定してます。
そして、そのままendian_data->bit[0]を表示してますが、まだここには値が設定されていませんね。

Comments

[n6n9Qsmt8gLjwKw]

Chironianさん、回答ありがとうございます。
コードを落ち着いて見直すと仰る通り非常に単純なミスでした。
printf関数をbit_cntのループ後に記載して同じようにループ出力することで
解決できました。
本当にありがとうございます。

Answer 4

unionのデータの配置はコンパイラ依存となります。パディング（詰め物）が途中に入る可能性があります。
従って３２ビットデータ(int)をバイトデータ(char)で取り出したときに同じならびになる保障はありません。
一度DATAをダンプして確認したほうがいいと思います。

Comments

[n6n9Qsmt8gLjwKw]

基本的にこのコードは勉強用のため自分の環境でしか動かさないですが、今回のように回答してもらうときに他の人のコンパイラだと仰る通り私と同じデータ配置にならないかもしれませんし、ゴミが入ってしまうかもしれませんね。
改善案を探してみます。

[Chironian]

unionのメンバ変数は重なりますから「間」がないので「途中」にバディングが入ることはないですよ。また、配列にもバディングが入ることはないです。でないとsizeof(array)/sizeof(array[0])で要素数を計算できませんから。ですので、今回のケースではパディングは入らないです。

とは言え、struct/classを含むunionではstruct/class内のパディングには要注意ですね。
パディング（アライメント）については↓が詳しいです。
http://www5d.biglobe.ne.jp/~noocyte/Programming/Alignment.html