socket網(wǎng)絡(luò)字節(jié)序以及大端序小端序

不同CPU中舌劳,4字節(jié)整數(shù)1在內(nèi)存空間的存儲(chǔ)方式是不同的玫荣。4字節(jié)整數(shù)1可用2進(jìn)制表示如下:00000000 00000000 00000000 00000001
有些CPU以上面的順序存儲(chǔ)到內(nèi)存,另外一些CPU則以倒序存儲(chǔ)贯卦,如下所示:00000001 00000000 00000000 00000000
若不考慮這些就收發(fā)數(shù)據(jù)會(huì)發(fā)生問(wèn)題撵割,因?yàn)楸4骓樞虻牟煌馕吨鴮?duì)接收數(shù)據(jù)的解析順序也不同辙芍。大端序和小端序
CPU向內(nèi)存保存數(shù)據(jù)的方式有兩種:大端序(Big Endian):高位字節(jié)存放到低位地址(高位字節(jié)在前)。
小端序(Little Endian):高位字節(jié)存放到高位地址(低位字節(jié)在前)庶灿。

僅憑描述很難解釋清楚吃衅,不妨來(lái)看一個(gè)實(shí)例。假設(shè)在 0x20 號(hào)開(kāi)始的地址中保存4字節(jié) int 型數(shù)據(jù) 0x12345678菲语,大端序CPU保存方式如下圖所示:

圖1:整數(shù) 0x12345678 的大端序字節(jié)表示

對(duì)于大端序,最高位字節(jié) 0x12 存放到低位地址眼耀,最低位字節(jié) 0x78 存放到高位地址佩憾。小端序的保存方式如下圖所示:

圖2:整數(shù) 0x12345678 的小端序字節(jié)表示
不同CPU保存和解析數(shù)據(jù)的方式不同(主流的Intel系列CPU為小端序)妄帘,小端序系統(tǒng)和大端序系統(tǒng)通信時(shí)會(huì)發(fā)生數(shù)據(jù)解析錯(cuò)誤。因此在發(fā)送數(shù)據(jù)前鬼廓,要將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為統(tǒng)一的格式——網(wǎng)絡(luò)字節(jié)序(Network Byte Order)致盟。網(wǎng)絡(luò)字節(jié)序統(tǒng)一為大端序。主機(jī)A先把數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成大端序再進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)傳輸雷蹂,主機(jī)B收到數(shù)據(jù)后先轉(zhuǎn)換為自己的格式再解析杯道。網(wǎng)絡(luò)字節(jié)序轉(zhuǎn)換函數(shù)
在 sockaddr_in 結(jié)構(gòu)體,其中就用到了網(wǎng)絡(luò)字節(jié)序轉(zhuǎn)換函數(shù)萎庭,如下所示:

//創(chuàng)建sockaddr_in結(jié)構(gòu)體變量
struct sockaddr_in serv_addr;
memset(&serv_addr, 0, sizeof(serv_addr)); //每個(gè)字節(jié)都用0填充
serv_addr.sin_family = AF_INET; //使用IPv4地址
serv_addr.sin_addr.s_addr = inet_addr("127.0.0.1"); //具體的IP地址
serv_addr.sin_port = htons(1234); //端口號(hào)

htons() 用來(lái)將當(dāng)前主機(jī)字節(jié)序轉(zhuǎn)換為網(wǎng)絡(luò)字節(jié)序擎椰,其中h
代表主機(jī)(host)字節(jié)序创肥,n
代表網(wǎng)絡(luò)(network)字節(jié)序,s
代表short巩搏,htons 是 h趾代、to、n禽捆、s 的組合,可以理解為”將short型數(shù)據(jù)從當(dāng)前主機(jī)字節(jié)序轉(zhuǎn)換為網(wǎng)絡(luò)字節(jié)序“琐凭。常見(jiàn)的網(wǎng)絡(luò)字節(jié)轉(zhuǎn)換函數(shù)有:htons():host to network short浊服,將short類型數(shù)據(jù)從主機(jī)字節(jié)序轉(zhuǎn)換為網(wǎng)絡(luò)字節(jié)序。
ntohs():network to host short愁憔,將short類型數(shù)據(jù)從網(wǎng)絡(luò)字節(jié)序轉(zhuǎn)換為主機(jī)字節(jié)序孽拷。
htonl():host to network long,將long類型數(shù)據(jù)從主機(jī)字節(jié)序轉(zhuǎn)換為網(wǎng)絡(luò)字節(jié)序思犁。
ntohl():network to host long进肯,將long類型數(shù)據(jù)從網(wǎng)絡(luò)字節(jié)序轉(zhuǎn)換為主機(jī)字節(jié)序江掩。

通常乘瓤,以s
為后綴的函數(shù)中,s
代表2個(gè)字節(jié)short抬吟,因此用于端口號(hào)轉(zhuǎn)換统抬;以l
為后綴的函數(shù)中,l
代表4個(gè)字節(jié)的long钙畔,因此用于IP地址轉(zhuǎn)換金麸。舉例說(shuō)明上述函數(shù)的調(diào)用過(guò)程:

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <WinSock2.h>
#pragma comment(lib, "ws2_32.lib")
int main(){
unsigned short host_port = 0x1234, net_port;
unsigned long host_addr = 0x12345678, net_addr;

net_port = htons(host_port);
net_addr = htonl(host_addr);

printf("Host ordered port: %#x\n", host_port);
printf("Network ordered port: %#x\n", net_port);
printf("Host ordered address: %#lx\n", host_addr);
printf("Network ordered address: %#lx\n", net_addr);
system("pause");
return 0;
}

運(yùn)行結(jié)果:
Host ordered port: 0x1234
Network ordered port: 0x3412
Host ordered address: 0x12345678
Network ordered address: 0x78563412

另外需要說(shuō)明的是,sockaddr_in 中保存IP地址的成員為32位整數(shù)揍魂,而我們熟悉的是點(diǎn)分十進(jìn)制表示法,例如 127.0.0.1现斋,它是一個(gè)字符串,因此為了分配IP地址返顺,需要將字符串轉(zhuǎn)換為4字節(jié)整數(shù)蔓肯。inet_addr() 函數(shù)可以完成這種轉(zhuǎn)換。inet_addr() 除了將字符串轉(zhuǎn)換為32位整數(shù)秉扑,同時(shí)還進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)字節(jié)序轉(zhuǎn)換调限。請(qǐng)看下面的代碼:

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <WinSock2.h>
#pragma comment(lib, "ws2_32.lib")

int main(){
char *addr1 = "1.2.3.4";
char *addr2 = "1.2.3.256";

unsigned long conv_addr = inet_addr(addr1);
if(conv_addr == INADDR_NONE){
puts("Error occured!");
}else{
printf("Network ordered integer addr: %#lx\n", conv_addr);
}

conv_addr = inet_addr(addr2);
if(conv_addr == INADDR_NONE){
puts("Error occured!");
}else{
printf("Network ordered integer addr: %#lx\n", conv_addr);
}

system("pause");
return 0;
}

運(yùn)行結(jié)果:
Network ordered integer addr: 0x4030201
Error occured!從運(yùn)行結(jié)果可以看出耻矮,inet_addr() 不僅可以把IP地址轉(zhuǎn)換為32位整數(shù),還可以檢測(cè)無(wú)效IP地址踱承。注意:為 sockaddr_in 成員賦值時(shí)需要顯式地將主機(jī)字節(jié)序轉(zhuǎn)換為網(wǎng)絡(luò)字節(jié)序哨免,而通過(guò) write()/send() 發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)TCP協(xié)議會(huì)自動(dòng)轉(zhuǎn)換為網(wǎng)絡(luò)字節(jié)序,不需要再調(diào)用相應(yīng)的函數(shù)载荔。

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