用 C++20 打造一个实用的十六进制对比工具

发布时间：2026/10/13 2:37:03

用 C++20 打造一个实用的十六进制对比工具
文章目录用 C20 打造一个实用的十六进制对比工具完整代码一、整体设计1.1 基本常量与数据结构1.2 核心函数二、单文件转储的实现三、双文件对比的实现3.1 差异检测与着色3.2 并排布局3.3 读取控制四、使用示例4.1 编译4.2 命令行用法4.3 输出效果五、代码亮点与改进方向5.1 现代 C 特性运用5.2 可扩展性5.3 潜在改进六、总结用 C20 打造一个实用的十六进制对比工具完整代码#includeiostream#includeiomanip#includefstream#includeformat#includearray#includespan#includecctype#includestring_view#includestring// ANSI 颜色代码constexprconstchar*COL_RESET\033[0m;constexprconstchar*COL_RED\033[31m;constexprstd::size_t BYTES_PER_LINE4;// 每行显示的字节数// 单文件打印一行4字节十六进制 ASCIIvoidHexAscii(std::spanconststd::bytedata,std::uint32_toffset){std::arraychar,BYTES_PER_LINE1ascii{};// ASCII部分 \0std::coutstd::format({:08X} | ,offset);// 十六进制部分for(std::size_t i0;iBYTES_PER_LINE;i){if(idata.size()){unsignedcharcstatic_castunsignedchar(data[i]);std::coutstd::format({:02X} ,c);ascii[i]std::isprint(c)?static_castchar(c):.;}else{std::cout ;// 对齐缺失字节ascii[i] ;}}ascii[BYTES_PER_LINE]\0;std::coutstd::format( |{}|\n,ascii.data());}// 对比模式打印一行两个文件各4字节十六进制 ASCII并排voidCompareHexLine(std::spanconststd::bytedataA,std::spanconststd::bytedataB,std::uint32_toffset){// 输出偏移量std::coutstd::format({:08X} | ,offset);// ---- 文件 A 的十六进制部分 ----for(std::size_t i0;iBYTES_PER_LINE;i){booldifffalse;if(idataA.size()idataB.size()){diff(dataA[i]!dataB[i]);}elseif(idataA.size()||idataB.size()){difftrue;// 一方有数据另一方无}// 双方都无数据时不标记差异if(diff)std::coutCOL_RED;if(idataA.size()){unsignedcharcstatic_castunsignedchar(dataA[i]);std::coutstd::format({:02X} ,c);}else{std::cout-- ;}if(diff)std::coutCOL_RESET;}// 文件 A 的 ASCII 部分std::cout| ;for(std::size_t i0;iBYTES_PER_LINE;i){booldifffalse;if(idataA.size()idataB.size()){diff(dataA[i]!dataB[i]);}elseif(idataA.size()||idataB.size()){difftrue;}if(diff)std::coutCOL_RED;if(idataA.size()){unsignedcharcstatic_castunsignedchar(dataA[i]);std::cout(std::isprint(c)?static_castchar(c):.);}else{std::cout ;}if(diff)std::coutCOL_RESET;}// 分隔符准备文件 Bstd::cout | ;// ---- 文件 B 的十六进制部分 ----for(std::size_t i0;iBYTES_PER_LINE;i){booldifffalse;if(idataA.size()idataB.size()){diff(dataA[i]!dataB[i]);}elseif(idataA.size()||idataB.size()){difftrue;}if(diff)std::coutCOL_RED;if(idataB.size()){unsignedcharcstatic_castunsignedchar(dataB[i]);std::coutstd::format({:02X} ,c);}else{std::cout-- ;}if(diff)std::coutCOL_RESET;}// 文件 B 的 ASCII 部分std::cout| ;for(std::size_t i0;iBYTES_PER_LINE;i){booldifffalse;if(idataA.size()idataB.size()){diff(dataA[i]!dataB[i]);}elseif(idataA.size()||idataB.size()){difftrue;}if(diff)std::coutCOL_RED;if(idataB.size()){unsignedcharcstatic_castunsignedchar(dataB[i]);std::cout(std::isprint(c)?static_castchar(c):.);}else{std::cout ;}if(diff)std::coutCOL_RESET;}std::cout |\n;}// 单文件十六进制转储voidHexDump(std::string_view filename){std::ifstreamfile(filename.data(),std::ios::binary);if(!file){std::cerrstd::format(Failed to open file: {}\n,filename);return;}std::arraystd::byte,BYTES_PER_LINEbuffer{};std::uint32_toffset0;while(file.read(reinterpret_castchar*(buffer.data()),buffer.size())){HexAscii(std::spanconststd::byte(buffer),offset);offsetstatic_caststd::uint32_t(buffer.size());}if(file.gcount()0){autolastSpanstd::spanconststd::byte(buffer.data(),file.gcount());HexAscii(lastSpan,offset);}}// 两文件十六进制对比voidHexCompare(std::string_view file1,std::string_view file2){std::ifstreamf1(file1.data(),std::ios::binary);std::ifstreamf2(file2.data(),std::ios::binary);if(!f1){std::cerrstd::format(Failed to open file: {}\n,file1);return;}if(!f2){std::cerrstd::format(Failed to open file: {}\n,file2);return;}std::arraystd::byte,BYTES_PER_LINEbuf1{},buf2{};std::uint32_toffset0;while(true){std::streamsize count10,count20;if(!f1.eof()){f1.read(reinterpret_castchar*(buf1.data()),buf1.size());count1f1.gcount();}if(!f2.eof()){f2.read(reinterpret_castchar*(buf2.data()),buf2.size());count2f2.gcount();}if(count10count20)break;CompareHexLine(std::spanconststd::byte(buf1.data(),count1),std::spanconststd::byte(buf2.data(),count2),offset);offsetBYTES_PER_LINE;}}// 帮助信息voidPrintUsage(constchar*progName){std::coutUsage:\n progName file # 十六进制转储每行4字节ASCII\n progName file1 file2 # 对比两个文件每行4字节并排ASCII\n;}////int main(int argc, char* argv[]) {// if (argc 2) {// HexDump(argv[1]);// }// else if (argc 3) {// HexCompare(argv[1], argv[2]);// }// else {// PrintUsage(argv[0]);// return 1;// }// return 0;//}intmain(intargc,char*argv[]){HexCompare(C:\\Code\\test.png,C:\\Code\\test2.png);return0;}在日常开发中我们经常需要查看文件的原始二进制内容或者对比两个文件是否完全相同——甚至精确到每个字节的差异。虽然市面上有hexdump、xxd、Beyond Compare等工具但自己动手实现一个轻量级的十六进制查看器兼对比器不仅有趣还能加深对 C 文件流、std::span、格式化输出等特性的理解。本文介绍的代码实现了一个命令行工具支持两种模式单文件模式以每行 4 字节的格式输出十六进制和对应的 ASCII 字符。双文件对比模式并排显示两个文件的十六进制和 ASCII并用红色高亮标记差异字节。完整代码基于 C20 标准库编写format、span等不依赖任何第三方库。下面我们来详细拆解它的设计思路和实现细节。一、整体设计1.1 基本常量与数据结构constexprconstchar*COL_RESET\033[0m;constexprconstchar*COL_RED\033[31m;constexprstd::size_t BYTES_PER_LINE4;使用 ANSI 转义序列控制终端颜色差异部分用红色突出。BYTES_PER_LINE控制每行显示的字节数这里设为 4方便排版也可根据需要调整。1.2 核心函数HexAscii()打印单行数据4 字节十六进制 ASCII。CompareHexLine()并排打印两个文件的同一行并标出不同之处。HexDump()单文件转储主逻辑。HexCompare()双文件对比主逻辑。PrintUsage()帮助信息。所有函数均接受std::spanconst std::byte作为数据视图避免了不必要的拷贝。二、单文件转储的实现voidHexAscii(std::spanconststd::bytedata,std::uint32_toffset){std::arraychar,BYTES_PER_LINE1ascii{};std::coutstd::format({:08X} | ,offset);// 十六进制部分for(std::size_t i0;iBYTES_PER_LINE;i){if(idata.size()){unsignedcharcstatic_castunsignedchar(data[i]);std::coutstd::format({:02X} ,c);ascii[i]std::isprint(c)?static_castchar(c):.;}else{std::cout ;// 对齐缺失字节ascii[i] ;}}ascii[BYTES_PER_LINE]\0;std::coutstd::format( |{}|\n,ascii.data());}偏移量使用{:08X}输出 8 位十六进制地址。十六进制列每个字节两位十六进制数加一个空格不足 4 字节时用三个空格补齐。ASCII 列可打印字符原样显示不可打印字符显示为.最后用|包裹。每行恰好处理BYTES_PER_LINE个字节最后一行可能不足。主循环利用std::ifstream::read()读取固定大小的缓冲区最后用gcount()处理剩余字节std::arraystd::byte,BYTES_PER_LINEbuffer{};while(file.read(reinterpret_castchar*(buffer.data()),buffer.size())){HexAscii(std::spanconststd::byte(buffer),offset);offsetBYTES_PER_LINE;}if(file.gcount()0){autolastSpanstd::spanconststd::byte(buffer.data(),file.gcount());HexAscii(lastSpan,offset);}三、双文件对比的实现对比模式的核心挑战是两个文件可能长度不同。需要并排显示且差异字节要红色高亮。同一行内既要显示文件 A 的十六进制 ASCII又要显示文件 B 的十六进制 ASCII。3.1 差异检测与着色在CompareHexLine()中我们为每个字节位置计算一个diff标志如果两个文件在该位置都有数据但值不同 →diff true如果一个文件有数据而另一个没有即文件长度不一致→diff true然后根据diff决定是否包裹红色 ANSI 码if(diff)std::coutCOL_RED;// 输出字节或占位符if(diff)std::coutCOL_RESET;3.2 并排布局输出格式为偏移量 | 文件A十六进制 | 文件A的ASCII | 文件B十六进制 | 文件B的ASCII |示例00000000 | 89 50 4E 47 | .PNG | 89 50 4E 47 | .PNG | 00000004 | 0D 0A 1A 0A | .... | 0D 0A 1A 0A | .... | ...实际代码中通过多次循环分别输出文件 A 的 hex、A 的 ASCII、B 的 hex、B 的 ASCII每个部分独立判断差异并着色。3.3 读取控制由于两个文件长度可能不同我们分别读取各自的一块数据然后取有效长度调用CompareHexLine()std::streamsize count10,count20;if(!f1.eof()){f1.read(...);count1f1.gcount();}if(!f2.eof()){f2.read(...);count2f2.gcount();}if(count10count20)break;CompareHexLine(std::span(buf1.data(),count1),std::span(buf2.data(),count2),offset);offsetBYTES_PER_LINE;这样即使一个文件先读完另一文件剩余的部分也会被正常显示缺失处用--和空格表示。四、使用示例4.1 编译使用支持 C20 的编译器如 GCC 11、Clang 14、MSVC 2022g-stdc20-ohexdiff hexdiff.cpp4.2 命令行用法单文件转储./hexdiff file.bin双文件对比./hexdiff file1.bin file2.bin如果你不想每次手动输入参数也可以在main()中直接硬编码路径如原代码最后的示例intmain(){HexCompare(C:\\Code\\test.png,C:\\Code\\test2.png);return0;}4.3 输出效果单文件输出00000000 | 89 50 4E 47 | .PNG | 00000004 | 0D 0A 1A 0A | .... |对比模式差异部分红色显示00000000 | 89 50 4E 47 | .PNG | 89 50 4F 47 | .POG | ^^^^ ^^^^注实际红色由终端支持这里用^^^示意五、代码亮点与改进方向5.1 现代 C 特性运用std::span避免指针长度传递安全且语义清晰。std::format类型安全的格式化输出比printf更现代。std::byte明确表示原始内存避免字符类型的歧义。std::array固定大小缓冲区性能优于vector。5.2 可扩展性调整BYTES_PER_LINE即可改变每行字节数例如 8 或 16。可以增加命令行参数解析如-c开启对比、-w设置列宽目前简单但够用。5.3 潜在改进支持大文件当前逐行读取内存占用极小已适合大文件。跳过相同区域对比时可以检测连续相同的块只输出差异部分类似diff的压缩模式。Windows 兼容性ANSI 颜色码在 Windows 10 的终端中默认支持旧系统可能需要启用 VT 模式。宽字符处理目前 ASCII 显示仅支持单字节字符对于 UTF-8 文本可进一步优化。六、总结不到 150 行代码我们就实现了一个功能完整的十六进制查看与对比工具。它展示了如何利用 C20 的标准库组件高效地处理二进制文件同时提供了友好的视觉反馈。无论你是需要快速检查文件内容还是想学习现代 C 的 IO、格式化、内存视图等知识这个例子都是一个不错的起点。完整的代码已经贴在上面你可以直接复制保存为.cpp文件编译运行。动手试试用红色高亮抓住那些“狡猾”的字节差异吧

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