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網絡字節序與主機字節序的相互轉換

1.網絡字節序與主機字節序

在Linux網絡編程中，經常碰到網絡字節序與主機字節序的相互轉換。說到網絡字節序與主機字節序需要清晰了解以下幾個概念。

字節序，顧名思義，指字節在內存中存儲的順序。比如一個int32_t類型的數值占用4個字節，這4個字節在內存中的排列順序就是字節序。字節序有兩種：
（1）小端字節序（Little endinan），數值低位存儲在內存的低地址，高位存儲在內存的高地址；
（2）大端字節序（Big endian），數值高位存儲在內存的低地址，低位存儲在內存的高地址。

下面以32位位寬數值0x12345678為例，小端字節序與大端字節序具體的存儲區別如下所示：

主機字節序，即CPU存儲數據時采用的字節順序。不同的CPU設計時采用的字節序是不同的，談到字節序的問題，必然牽涉到兩大CPU派系。那就是Motorola的PowerPC系列CPU和Intel的x86與x86_64（該指令集由AMD率先設計推出）系列CPU。PowerPC系列采用big endian方式存儲數據，而x86與x86_64系列則采用little endian方式存儲數據。平常大多數PC與服務器如果使用的是Intel與AMD CPU，一般都是little endian。

如何具體判斷本機的主機字節序呢？參考如下代碼：

//@ret：返回0小端字節序，返回1大端字節序
int dGetHostByteOrder()
{
    uint32_t a = 0x12345678;  
    uint8_t *p = (uint8_t *)(&a);  
    if(*p==0x78)
    {
        return 0
    }
    else
    {
        return 1;
    }
}

網絡字節序，是TCP/IP中規定好的一種數據表示格式，它與具體的CPU類型、操作系統等無關，從而可以保證數據在不同主機之間傳輸時能夠被正確解釋。網絡字節順序采用big endian排序方式。

2.網絡字節序與主機字節序的相互轉換

2.1常用系統調用

Linux socket網絡編程中，經常會使用下面四個C標準庫函數進行字節序間的轉換。

#include <arpa/inet.h>

uint32_t htonl(uint32_t hostlong);        //把uint32_t類型從主機序轉換到網絡序
uint16_t htons(uint16_t hostshort);        //把uint16_t類型從主機序轉換到網絡序
uint32_t ntohl(uint32_t netlong);        //把uint32_t類型從網絡序轉換到主機序
uint16_t ntohs(uint16_t netshort);        //把uint16_t類型從網絡序轉換到主機序

2.2 64位數值的轉換

現在如果需要對64位類型數據進行主機字節序與網絡字節序的轉換，沒有現成系統API可用，可以通過下面兩種方法進行轉換：

###2.2.1使用移位

//主機序轉網絡序
unsigned long long htonll(unsigned long long val)
{
    if(__BYTE_ORDER == __LITTLE_ENDIAN)  
    {
         return (((unsigned long long )htonl((int)((val << 32) >> 32))) << 32) | (unsigned int)htonl((int)(val >> 32));  
    }  
    else if (__BYTE_ORDER == __BIG_ENDIAN)  
    {  
         return val;  
    }  
}  

//網絡序轉主機序
unsigned long long ntohll(unsigned long long val)  
{  
    if (__BYTE_ORDER == __LITTLE_ENDIAN)
    {
        return (((unsigned long long )ntohl((int)((val << 32) >> 32))) << 32) | (unsigned int)ntohl((int)(val >> 32));  
    }  
    else if (__BYTE_ORDER == __BIG_ENDIAN)  
    {  
        return val;  
    }
 }

2.2.2使用聯合體union

根據聯合體的特性：聯合中所有成員引用的是內存中相同的位置，其長度為最長成員的長度。

typedef struct {  
    unsigned int u32_h;  
    unsigned int u32_l;  
}Int64_t;  
  
typedef union {  
    unsigned long long u64;  
    Int64_t st64;  
}Convert64_t;

//主機序轉網絡序
unsigned long long htonll(unsigned long long val)
{  
    if (__BYTE_ORDER == __LITTLE_ENDIAN)
    {
        Convert64_t box_in, box_out;  
  
        box_in.u64 = val;  
        box_out.st64.u32_h = htonl(box_in.st64.u32_l);  
        box_out.st64.u32_l = htonl(box_in.st64.u32_h);  
        return box_out.u64;
    }
    else if (__BYTE_ORDER == __BIG_ENDIAN)  
    {  
        return val;
    }
}

//網絡序轉主機序
unsigned long long ntohll(unsigned long long val)  
{
    if (__BYTE_ORDER == __LITTLE_ENDIAN)
    {
        Convert64_t box_in, box_out;  
  
        box_in.u64 = val;  
        box_out.st64.u32_h = ntohl(box_in.st64.u32_l);  
        box_out.st64.u32_l = ntohl(box_in.st64.u32_h);  
        return box_out.u64;
    }
    else if(__BYTE_ORDER == __BIG_ENDIAN)
    {
        return val;
    }
}

2.2.3使用編譯器內置函數

#ifdef WIN32
#define ntohll(x)     _byteswap_uint64 (x)
#define htonll(x)     _byteswap_uint64 (x)
#else
#if __BYTE_ORDER == __BIG_ENDIAN
#define ntohll(x)       (x)
#define htonll(x)       (x)
#else 
#if __BYTE_ORDER == __LITTLE_ENDIAN
#define ntohll(x)     __bswap_64 (x)
#define htonll(x)     __bswap_64 (x)
#endif 
#endif  
#endif

posted on 2022-10-07 19:27 小程abc 閱讀(195) 評論(0) 收藏舉報

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