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分类: LINUX

2015-08-21 19:47:15

原文地址:字节序转换 作者:lli_njupt

    即便有些事情你已经很熟悉了,但是有时候去做的时候还是会错误百出。今天有个同事问我写一个判断机器字节序的函数,如是信手写下来:
 
  1. int is_big_endian()
  2. {
  3.     int test = 0x12345678;
  4.     char *p = (char *)&p;

  5.     if(*p = 0x12)
  6.         return 1;

  7.     else
  8.         return 0;
  9. }

   “看起来不错,”他说,但是摇了摇头,我知道这家伙一定又在刁难我,但是如果你想进步,如果没有人对你锱铢必较,那么真的不是什么好事!上面的程序至少有一个问题,第一如果sizeof(int) != 4 的情况. 另外如果你听说middle字节序,那么这算是另一个不能算作问题的问题。

 

    记得刚刚毕业的时候写下过一些关于字节序的东西:%5Ffly/blog/item/b5c154eecbd5fdfab3fb9575.html/cmtid/34b9c31b8d3715f1af5133e7#34b9c31b8d3715f1af5133e7。今天看来还是有所参考的价值。


    如果你要尝试编写linux环境下的网络程序,那么一定会碰到这个字节序问题,与其每次碰到的时候都去查找资料,不如一劳永逸,所以就做了一个简图,可以作为随手查看的资料,这里所说的均在自己的机器上验证过,但也都是个人的理解,难免有误。

 

    字节序,就是计算机在安排数据类型存储的时候,怎样存储数据的高低位。其实这一般和操作系统没有关系,而是和计算机的硬件架构有关,具体的说,就是CPU的设计有关,英特尔的芯片和AMD的芯片组都是使用的小端字节序(最低字节优先存储),但是有些特别的CPU就不是这样处理的。它们可能使用大端字节序(最高字节优先存储),这些在不同计算机上使用的字节序称为主机字节序。

 

    另外应明确,计算机CPU可以支持的最基本数据存储是一个字节,数据位的操作使用了特殊的寄存器。所以涉及到字节序问题的数据类型,一定是整字节的倍数,不可能是4bits,也不可是一个字节,六进制表示起来就是:一个数据0xAB,不可能使用字节序转换为0xBA。

 

    为了在不同架构的计算机之间通信,那么网络上的字节序就必须统一,网络字节序使用的是大端字节序(最高字节优先存储),所以我们通常要在程序中做字节序转换,但是为了方便程序的移植,基本上涉及到这类操作的地方都要进行字节序转换。字节序的转换,是当程序在系统上动态运行时进行的,它会根据当前CPU的运行模式来决定转换还是不转换,所以使用字节序转换函数时非常必要的,这让我们的程序移植很容易。


 

   下图给出了很详细的处理函数和相关的数据变化:

 

   

   图中给出了各种资料中常见的名词,它们其实都是指一个东东!

 

    关于数据在网络中是怎么存储的,笔者这样理解,在网关,或者其他网络设备中,在进行数据过滤等处理时可能存在不同的字节序,但是到达我们网卡的数据一定是按照网络字节序来存储数据的,当NIC收到一个数据包的时候,它申请一块内存区,然后存入数据,这时候数据都是按照网络字节序来存储的,当我们的软件进程要读取这里的数据的时候,CPU将找到地址,并根据指令来读取一定的字节数,这个时候,如果我们没有进行字节序转换,并且主机字节序与网络字节序不同,那么问题就出现了,对于CPU来说,假设它一贯(也只能,设计的时候就确定了)从高地址读取并作为数据的高位,那么一切数据都是错误的了,所以,转换函数又开辟了一块内存,并将数据的序列完全翻转过来,这样CPU来读这块数据就是正确的了。

 

    如果只是简单的将那篇文章黏贴过来,就没有太多意义了,回到开始的问题,给出最终的答案:

 

  1. /* a simple test function for system endian
  2.  * addr:0x... 0 | 1 | 2 | 3
  3.  * little 0x78|0x56|0x34|0x12
  4.  * big 0x12|0x34|0x56|0x78
  5.  * ?
  6.  * little : return 0;
  7.  * big : return 1;
  8.  * else : return -1;
  9.  */
  10. int xendian()
  11. {
  12.     unsigned int seed = 0x12345678;
  13.     char *p = (char *)&seed;
  14.     unsigned char uint_len = sizeof(seed);

  15.   /* big endian for higher address is 0x78(high bytes) */
  16.   if(*(p + uint_len - 4) == 0x12
  17.       && *(p + uint_len - 3) == 0x34
  18.       && *(p + uint_len - 2) == 0x56
  19.       && *(p + uint_len - 1) == 0x78)
  20.   return 1;

  21.   if(*p == 0x78
  22.      && *(p + 1) == 0x56
  23.      && *(p + 2) == 0x34
  24.      && *(p + 3) == 0x12)
  25.   return 0;

  26.     return -1;
  27. }

 

    注意:CPU在处理一个变量地址的时候,是将变量的低地址作为其地址的。(不知道有没有特殊的CPU?或者特殊的存储方式:开始从内存的高地址开始?这里不考虑这些情况了。)

 

    即便考虑了上面所说的问题,笔者依然不能保证在64位的机器上正常运行,因为没有经过测试,但是理解了字节序的基本原理,写出判断64位机器上的字节序的正确函数并不是大问题。

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