网络字节序与主机字节序的相互转换

1.前言知识

  字节顺序是指（在计算机中）多于一个字节的数据类型在内存中的存放顺序。例如一个32位整数由4个字节组成，内存中存储这4个字节可以采取两种方法：

（1）小端字节序（Little endinan），数值低位存储在内存的低地址，高位存储在内存的高地址；

（2）大端字节序（Big endian），数值高位存储在内存的低地址，低位存储在内存的高地址。
我们将0x12345678该数据以上述的两种方式放入内存，如下图：

 

 

 

  

1.1主机字节序和网络字节序

网络字节序：是TCP/IP中规定好的一种数据表示格式，它与具体的CPU类型、操作系统等无关，从而可以保证数据在不同主机之间传输时能被正确解释。网络字节序采用大端字节排序方式。
主机字节序：不同的机器主机字节序可能不同，与CPU设计有关，数据的顺序是由CPU决定的，而与操作系统无关。
  由于主机字节序的不同，数据从主机 A 到主机 B 的过程中，需要有一个标准化的过程（其标准化过程为将主机字节序转化为网络字节序）。如下图：

 

 

 首先我们得如何判断本机的主机字节序呢？参考以下代码：

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

网络字节序，是TCP/IP中规定好的一种数据表示格式，它是与具体的CPU类型、操作系统无关，从而保证数据在不同主机之间的传输能呗正确解释。

2.网络字节序与主机字节序的相互转换

2.1常用系统调用

Linux socket网络编程中，经常会使用下面四个C标准库函数进行字节序间的转换。

#include <arpa/inet.h>

uint32_t htonl(uint32_t hostlong);        //把uint32_t类型从主机序转换到网络序
uint16_t htons(uint16_t hostshort);        //把uint16_t类型从主机序转换到网络序
uint32_t ntohl(uint32_t netlong);        //把uint32_t类型从网络序转换到主机序
uint16_t ntohs(uint16_t netshort);        //把uint16_t类型从网络序转换到主机序

2.2 64位数值的转换

现在如果需要对64位类型数据进行主机字节序与网络字节序的转换，没有现成系统API可用，可以通过下面两种方法进行转换：

2.2.1使用移位：

//主机序转网络序
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;  
    }  
}  

//网络序转主机序
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使用联合体union

根据联合体的特性：联合中所有成员引用的是内存中相同的位置，其长度为最长成员的长度。

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

//主机序转网络序
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;
    }
}

//网络序转主机序
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;
    }
}

参考文献：

网络字节序与主机字节序转换 - 腾讯云开发者社区-腾讯云 (tencent.com)