long long 類型的網(wǎng)絡(luò)字節(jié)順序轉(zhuǎn)換

水底の小魚(yú) 2009-05-31

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做過(guò)socket的都知道網(wǎng)絡(luò)字節(jié)轉(zhuǎn)換的事情，網(wǎng)絡(luò)中傳輸?shù)臄?shù)據(jù)是純字節(jié)流，沒(méi)有類型信息，從低地址開(kāi)始傳遞；網(wǎng)絡(luò)字節(jié)序通常為大端的，即先傳遞高字節(jié)，因此和大端的本地字節(jié)存儲(chǔ)順序一致，和小端的則截然相反。為了數(shù)據(jù)的一致性，就要把本地的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成網(wǎng)絡(luò)上使用的格式，然后發(fā)送出去，接收的時(shí)候也是一樣的，經(jīng)過(guò)轉(zhuǎn)換然后才去使用這些數(shù)據(jù)?；镜膸?kù)函數(shù)中提供了這樣的可以進(jìn)行字節(jié)轉(zhuǎn)換的函數(shù)，如和htons( ) htonl( ) ntohs( ) ntohl( )，這里n表示network，h表示host，htons( ) htonl( )用于本地字節(jié)向網(wǎng)絡(luò)字節(jié)轉(zhuǎn)換的場(chǎng)合，s表示short，即對(duì)2字節(jié)操作，l表示long即對(duì)4字節(jié)操作。同樣ntohs( )ntohl( )用于網(wǎng)絡(luò)字節(jié)向本地格式轉(zhuǎn)換的場(chǎng)合。隨著c99標(biāo)準(zhǔn)的推行，我們偉大的c中增加了新的類型long long int ，unsigned long long int，都是64位的，怎么辦？不轉(zhuǎn)肯定是不行，就得自己想辦法把它轉(zhuǎn)了。當(dāng)然有很多方法，我這里想使用一種類比的解決方法，看看如何舉一反三。

一、字節(jié)序定義字節(jié)序，顧名思義字節(jié)的順序，再多說(shuō)兩句就是大于一個(gè)字節(jié)類型的數(shù)據(jù)在內(nèi)存中的存放順序。其實(shí)大部分人在實(shí)際的開(kāi)發(fā)中都很少會(huì)直接和字節(jié)序打交道。唯有在跨平臺(tái)以及網(wǎng)絡(luò)程序中字節(jié)序才是一個(gè)應(yīng)該被考慮的問(wèn)題。一次Sun SPARC到Intel X86的平臺(tái)移植讓我們的程序遭遇了“字節(jié)序問(wèn)題”。

在所有的介紹字節(jié)序的文章中都會(huì)提到字節(jié)序分為兩類：Big-Endian和Little-Endian。引用標(biāo)準(zhǔn)的Big-Endian和Little-Endian的定義如下：
a) Little-Endian就是低位字節(jié)排放在內(nèi)存的低地址端，高位字節(jié)排放在內(nèi)存的高地址端。
b) Big-Endian就是高位字節(jié)排放在內(nèi)存的低地址端，低位字節(jié)排放在內(nèi)存的高地址端。
c) 網(wǎng)絡(luò)字節(jié)序：TCP/IP各層協(xié)議將字節(jié)序定義為Big-Endian，因此TCP/IP協(xié)議中使用的字節(jié)序通常稱之為網(wǎng)絡(luò)字節(jié)序。

二、高/低地址與高低字節(jié)首先我們要知道我們C程序映像中內(nèi)存的空間布局情況：在《C專家編程》中或者《Unix環(huán)境高級(jí)編程》中有關(guān)于內(nèi)存空間布局情況的說(shuō)明，大致如下圖：
----------------------- 最高內(nèi)存地址 0xffffffff
。。。。。。
| 棧底
.
.                       棧
棧頂
-----------------------
|
|
NULL (空洞)
/|\
-----------------------
堆
-----------------------
未初始化的數(shù)據(jù)
----------------------         (統(tǒng)稱數(shù)據(jù)段)
初始化的數(shù)據(jù)
-----------------------
正文段(代碼段)
----------------------- 最低內(nèi)存地址 0x00000000
以上圖為例如果我們?cè)跅Ｉ戏峙湟粋€(gè)unsigned char buf[4]，那么這個(gè)數(shù)組變量在棧上是如何布局的呢？看下圖：
棧底（高地址）
----------
buf[3]
buf[2]
buf[1]
buf[0]
----------
棧頂（低地址）

現(xiàn)在我們弄清了高低地址，接著我來(lái)弄清高/低字節(jié)，如果我們有一個(gè)32位無(wú)符號(hào)整型0x12345678(呵呵，恰好是把上面的那4個(gè)字節(jié)buf看成一個(gè)整型)，那么高位是什么，低位又是什么呢？其實(shí)很簡(jiǎn)單。在十進(jìn)制中我們都說(shuō)靠左邊的是高位，靠右邊的是低位，在其他進(jìn)制也是如此。就拿0x12345678來(lái)說(shuō)，從高位到低位的字節(jié)依次是0x12、0x34、0x56和0x78。
高低地址和高低字節(jié)都弄清了。我們?cè)賮?lái)回顧一下Big-Endian和Little-Endian的定義，并用圖示說(shuō)明兩種字節(jié)序：
以unsigned int value = 0x12345678為例，分別看看在兩種字節(jié)序下其存儲(chǔ)情況，我們可以用unsigned char buf[4]來(lái)表示value：
Big-Endian: 低地址存放高位，如下圖：
棧底（高地址）
---------------
buf[3] (0x78) -- 低位
buf[2] (0x56)
buf[1] (0x34)
buf[0] (0x12) -- 高位
---------------
棧頂（低地址）
Little-Endian: 低地址存放低位，如下圖：
棧底（高地址）
---------------
buf[3] (0x12) -- 高位
buf[2] (0x34)
buf[1] (0x56)
buf[0] (0x78) -- 低位
---------------
棧頂（低地址）

在現(xiàn)有的平臺(tái)上Intel的X86采用的是Little-Endian，而像Sun的SPARC采用的就是Big-Endian。

三、網(wǎng)絡(luò)字節(jié)序的轉(zhuǎn)換假設(shè)對(duì)于little endian的IA-32架構(gòu)上面的Linux，首先考慮網(wǎng)絡(luò)字節(jié)轉(zhuǎn)換的結(jié)果與原來(lái)有什么不同，如 int a = 0x12345678，b = htnl（a），那么就應(yīng)該是0x78563412。如果是 short c = 0x1234，short d = 0x5678，e = htons(c)，f = htons(d)，這樣e=0x3412，f=0x7856，如果能把e和f調(diào)換一下組合放在一起，不就是一個(gè)整型a（a=0x12345678）轉(zhuǎn)換之后的值么？實(shí)驗(yàn)的代碼如下：
#include <stdio.h>
struct ST{
    short val1;
    short val2;
};
union U{
    int val;
    struct ST st;
};

int main(void)
{
    int a = 0;
    union U u1, u2;

    a = 0x12345678;
    u1.val = a;
    printf("u1.val is 0x%x\n", u1.val);
    printf("val1 is 0x%x\n", u1.st.val1);
    printf("val2 is 0x%x\n", u1.st.val2);
    printf("after first convert is: 0x%x\n", htonl(u1.val));
    u2.st.val2 = htons(u1.st.val1);
    u2.st.val1 = htons(u1.st.val2);
    printf("after second convert is: 0x%x\n", u2.val);
    return 0;
}
輸出結(jié)果：
u1.val is 0x12345678
val1 is 0x5678
val2 is 0x1234
after first convert is: 0x78563412
after second convert is: 0x78563412

按照這種想法我們實(shí)現(xiàn)long long int（64bit）類型，把它分割成兩個(gè)int（32bit），然后分別使用htonl()，分別轉(zhuǎn)換，然后再將兩種int交換順序重新組合，即實(shí)現(xiàn)了整個(gè)64位的八個(gè)字節(jié)的翻轉(zhuǎn)。
代碼如下：
#include <stdio.h>
struct ST{
    int val1;
    int val2;
};
union test {
    long long int val;
    struct ST st;
};

int main(void)
{
    long long int a;
    union test u1, u2;

    a = 0x7654321087654321LL;
    u1.val = a;
    u2.st.val2 = htonl(u1.st.val1);
    u2.st.val1 = htonl(u1.st.val2);
    printf("val1 is 0x%x\n", u2.st.val1);
    printf("val2 is 0x%x\n", u2.st.val2);
    printf("u1.val     is    : 0x%llx\n", u1.val);
    printf("after convert is : 0x%llx\n", u2.val);

    return 0;
}
執(zhí)行結(jié)果：
val1 is 0x10325476
val2 is 0x21436587
u1.val     is    : 0x7654321087654321
after convert is  : 0x2143658710325476

另外注意long long int 最大值是0x7fffffffffffffff，即7后面15個(gè)f（2的63次方減1） unsigned long long int 最大值是0xffffffffffffffff，16個(gè)f(2的64次方減1)。程序中long long int可以簡(jiǎn)寫(xiě)為 long long，但是記住這是簡(jiǎn)寫(xiě)，就像long是long int的簡(jiǎn)寫(xiě)。

想看數(shù)據(jù)在內(nèi)存中如何存儲(chǔ)的，就用gdb吧！使用gdb中 x命令，如 x /xb &a表示要察看存儲(chǔ)在變量a中的前一個(gè)字節(jié)（byte）中的數(shù)據(jù)（16進(jìn)制）。x /xw &a 就是要察看變量a中前4個(gè)字節(jié)（word）數(shù)據(jù)（16進(jìn)制）。x /xg &a 察看a開(kāi)始8個(gè)字節(jié)的數(shù)據(jù)。

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來(lái)自：水底の小魚(yú) > 《MFC技術(shù)》

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