网络字节序与主机字节序的转换函数实践

网络字节序与主机字节序的转换函数实践

 

1.网络字节序与主机字节序

在Linux网络编程中，经常碰到网络字节序与主机字节序的相互转换。说到网络字节序与主机字节序需要清晰了解以下几个概念。

 

字节序，顾名思义，指字节在内存中存储的顺序。比如一个int32_t类型的数值占用4个字节，这4个字节在内存中的排列顺序就是字节序。字节序有两种：

（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。

 

下面以32位位宽数值0x12345678为例，小端字节序与大端字节序具体的存储区别如下所示：

 

 

 

主机字节序，即CPU存储数据时采用的字节顺序。不同的CPU设计时采用的字节序是不同的，谈到字节序的问题，必然牵涉到两大CPU派系。那就是Motorola的PowerPC系列CPU和Intel的x86与x86_64（该指令集由AMD率先设计推出）系列CPU。PowerPC系列采用big endian方式存储数据，而x86与x86_64系列则采用little endian方式存储数据。平常大多数PC与服务器如果使用的是Intel与AMD CPU，一般都是little endian。

 

如何具体判断本机的主机字节序呢？参考如下代码：

 

//@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够被正确解释。网络字节顺序采用big endian排序方式。

 

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;

}

}

2.2.3使用编译器内置函数

#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