反转C结构的字节顺序

Question

我在C中有一个看起来像这样的结构：

typedef u_int8_t NN;
typedef u_int8_t X;
typedef int16_t S;
typedef u_int16_t U;
typedef char C;

typedef struct{
 X test;
 NN test2[2];
 C test3[4];
 U test4;
} Test;

我已经将字段的结构和写入值声明如下：

Test t;
int t_buflen = sizeof(t);
memset( &t, 0, t_buflen);
t.test = 0xde;
t.test2[0]=0xad; t.test2[1]=0x00;
t.test3[0]=0xbe; t.test3[1]=0xef; t.test3[2]=0x00; t.test3[3]=0xde;
t.test4=0xdeca; 

我通过UDP将此结构发送到服务器。目前我在本地测试时工作正常，但是我现在需要将此结构从我的little-endian机器发送到big-endian机器。我不确定该怎么做。

我已经研究过使用htons，但我不确定这是否适用于这种情况，因为它似乎只为16位或32位的unsigned ints定义，如果我理解正确的话。

Answer 1

我认为这里可能存在两个问题，具体取决于您如何通过TCP发送此数据。

问题1：字节顺序

因为，你已经说过字节序是一个问题。当你提到使用htons和ntohs作为短片时，你是对的。您也可能会发现htonl及其对立面也很有用。

Endianness与内存中多字节数据类型的字节顺序有关。因此，对于单字节宽度的数据类型，您不必担心。在你的情况下，我猜你正在质疑的是2字节数据。

要使用这些功能，您需要执行以下操作...

Sender:
-------
t.test     = 0xde; // Does not need to be swapped
t.test2[0] = 0xad; ... // Does not need to be swapped
t.test3[0] = 0xbe; ... // Does not need to be swapped
t.test4    = htons(0xdeca); // Needs to be swapped 

...

sendto(..., &t, ...);


Receiver:
---------
recvfrom(..., &t, ...);
t.test4    = ntohs(0xdeca); // Needs to be swapped 

使用htons()和ntohs()使用以太网字节排序...大端。因此，您的little-endian机器字节交换t.test4并且在收到时，big-endian机器只使用读取的值（ntohs()是有效的noop）。

下图将使这一点更清晰......

如果您不想使用htons()函数及其变体，那么您可以在字节级别定义缓冲区格式。这个图表使这更清楚......

在这种情况下，您的代码可能类似于

Sender:
-------
uint8_t buffer[SOME SIZE];
t.test     = 0xde;
t.test2[0] = 0xad; ... 
t.test3[0] = 0xbe; ... 
t.test4    = 0xdeca;

buffer[0] = t.test;
buffer[1] = t.test2[0];
/// and so on, until...
buffer[7] = t.test4 & 0xff;
buffer[8] = (t.test4 >> 8) & 0xff;    

...

sendto(..., buffer, ...);

Receiver:
---------
uint8_t buffer[SOME SIZE];
recvfrom(..., buffer, ...);

t.test     = buffer[0];
t.test2[0] = buffer[1];
// and so on, until...
t.test4    = buffer[7] | (buffer[8] << 8);

无论发送方和接收方各自的字节顺序如何，发送和接收代码都能正常工作，因为缓冲区的字节布局是由两台机器上运行的程序定义和识别的。

但是，如果您以这种方式通过插座发送结构，您还应该注意下面的警告......

问题2：数据对齐

文章"Data alignment: Straighten up and fly right"对于这篇文章非常精彩......

您可能遇到的另一个问题是数据对齐。情况并非总是如此，即使在使用不同端序约定的机器之间，但仍然需要注意......

struct
{
    uint8_t  v1;
    uint16_t v2; 
}

在上面的代码位中，v2从结构开始的偏移量可以是1字节，2字节，4字节（或几乎任何东西）。编译器不能重新排序结构中的成员，但它可以填充变量之间的距离。

让我们说机器1有一个16位宽的数据总线。如果我们采用没有填充的结构，则机器必须进行两次提取以获得v2。为什么？因为我们在h / w级别一次访问2个字节的内存。因此编译器可以像这样填充结构

struct
{
    uint8_t  v1;
    uint8_t  invisible_padding_created_by_compiler;
    uint16_t v2; 
}

如果发件人和收件人将数据打包到结构中的方式不同，那么仅将结构作为二进制blob发送将导致问题。在这种情况下，您可能必须在发送之前手动将变量打包到字节流/缓冲区中。这通常是最安全的方式。

Answer 2

结构真的没有字节顺序。这是需要时需要转换为big-endian的所有单独字段。您可以复制结构并使用hton / htons重写每个字段，然后发送结果。当然，8位字段不需要任何修改。

在TCP的情况下，您也可以单独发送每个部分并依靠nagle算法将所有部分合并为一个数据包，但是使用UDP，您需要预先准备好所有部分。

Answer 3

通过网络发送的数据应该相同，无论所涉及的计算机是否具有内容。您需要研究的关键词是序列化。这意味着将数据结构转换为要通过网络发送或保存到磁盘的一系列位/字节，无论是架构还是编译器，它都将始终相同。