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高低字節(jié)序轉(zhuǎn)換(htonl、ntohl、htons、ntohs函數(shù))

 刀下巴 2014-11-13

Part 1: htons函數(shù)具體解釋
     在Linux和Windows網(wǎng)絡(luò)編程時(shí)需要用到htons和htonl函數(shù),用來(lái)將主機(jī)字節(jié)順序轉(zhuǎn)換為網(wǎng)絡(luò)字節(jié)順序。

     在Intel機(jī)器下,執(zhí)行以下程序

int main()
...{
   printf("%d /n",htons(16));
      return 0;
}
得到的結(jié)果是4096,初一看感覺(jué)很怪。

    解釋如下,數(shù)字16的16進(jìn)制表示為0x0010,數(shù)字4096的16進(jìn)制表示為0x1000。 由于Intel機(jī)器是小尾端,存儲(chǔ)數(shù)字16時(shí)實(shí)際順序?yàn)?000,存儲(chǔ)4096時(shí)實(shí)際順序?yàn)?010。因此在發(fā)送網(wǎng)絡(luò)包時(shí)為了報(bào)文中數(shù)據(jù)為0010,需要經(jīng)過(guò)htons進(jìn)行字節(jié)轉(zhuǎn)換。如果用IBM等大尾端機(jī)器,則沒(méi)有這種字節(jié)順序轉(zhuǎn)換,但為了程序的可移植性,也最好用這個(gè)函數(shù)。

   另外用注意,數(shù)字所占位數(shù)小于或等于一個(gè)字節(jié)(8 bits)時(shí),不要用htons轉(zhuǎn)換。這是因?yàn)閷?duì)于主機(jī)來(lái)說(shuō),大小尾端的最小單位為字節(jié)(byte)。

 

Part 2: 大小端模式


不同的CPU有不同的字節(jié)序類(lèi)型 這些字節(jié)序是指整數(shù)在內(nèi)存中保存的順序 這個(gè)叫做主機(jī)序 
最常見(jiàn)的有兩種
1. Little endian:將低序字節(jié)存儲(chǔ)在起始地址
2. Big endian:將高序字節(jié)存儲(chǔ)在起始地址

LE little-endian 
最符合人的思維的字節(jié)序 
地址低位存儲(chǔ)值的低位 
地址高位存儲(chǔ)值的高位 
怎么講是最符合人的思維的字節(jié)序,是因?yàn)閺娜说牡谝挥^感來(lái)說(shuō) 
低位值小,就應(yīng)該放在內(nèi)存地址小的地方,也即內(nèi)存地址低位 
反之,高位值就應(yīng)該放在內(nèi)存地址大的地方,也即內(nèi)存地址高位

BE big-endian 
最直觀的字節(jié)序 
地址低位存儲(chǔ)值的高位 
地址高位存儲(chǔ)值的低位 
為什么說(shuō)直觀,不要考慮對(duì)應(yīng)關(guān)系 
只需要把內(nèi)存地址從左到右按照由低到高的順序?qū)懗?nbsp;
把值按照通常的高位到低位的順序?qū)懗?nbsp;
兩者對(duì)照,一個(gè)字節(jié)一個(gè)字節(jié)的填充進(jìn)去

例子:在內(nèi)存中雙字0x01020304(DWORD)的存儲(chǔ)方式

內(nèi)存地址 
4000 4001 4002 4003 
LE 04 03 02 01 
BE 01 02 03 04

例子:如果我們將0x1234abcd寫(xiě)入到以0x0000開(kāi)始的內(nèi)存中,則結(jié)果為
      big-endian  little-endian
0x0000  0x12      0xcd
0x0001  0x23      0xab
0x0002  0xab      0x34
0x0003  0xcd      0x12
x86系列CPU都是little-endian的字節(jié)序.

網(wǎng)絡(luò)字節(jié)順序是TCP/IP中規(guī)定好的一種數(shù)據(jù)表示格式,它與具體的CPU類(lèi)型、操作系統(tǒng)等無(wú)關(guān),從而可以保證數(shù)據(jù)在不同主機(jī)之間傳輸時(shí)能夠被正確解釋。網(wǎng)絡(luò)字節(jié)順序采用big endian排序方式。

為了進(jìn)行轉(zhuǎn)換 bsd socket提供了轉(zhuǎn)換的函數(shù) 有下面四個(gè)
htons 把unsigned short類(lèi)型從主機(jī)序轉(zhuǎn)換到網(wǎng)絡(luò)序
htonl 把unsigned long類(lèi)型從主機(jī)序轉(zhuǎn)換到網(wǎng)絡(luò)序
ntohs 把unsigned short類(lèi)型從網(wǎng)絡(luò)序轉(zhuǎn)換到主機(jī)序
ntohl 把unsigned long類(lèi)型從網(wǎng)絡(luò)序轉(zhuǎn)換到主機(jī)序

在使用little endian的系統(tǒng)中 這些函數(shù)會(huì)把字節(jié)序進(jìn)行轉(zhuǎn)換 
在使用big endian類(lèi)型的系統(tǒng)中 這些函數(shù)會(huì)定義成空宏

同樣 在網(wǎng)絡(luò)程序開(kāi)發(fā)時(shí) 或是跨平臺(tái)開(kāi)發(fā)時(shí) 也應(yīng)該注意保證只用一種字節(jié)序 不然兩方的解釋不一樣就會(huì)產(chǎn)生bug.

注:
1、網(wǎng)絡(luò)與主機(jī)字節(jié)轉(zhuǎn)換函數(shù):htons ntohs htonl ntohl (s 就是short l是long h是host n是network)
2、不同的CPU上運(yùn)行不同的操作系統(tǒng),字節(jié)序也是不同的,參見(jiàn)下表。
處理器    操作系統(tǒng)    字節(jié)排序
Alpha    全部    Little endian
HP-PA    NT    Little endian
HP-PA    UNIX    Big endian
Intelx86    全部    Little endian <-----x86系統(tǒng)是小端字節(jié)序系統(tǒng)
Motorola680x()    全部    Big endian
MIPS    NT    Little endian
MIPS    UNIX    Big endian
PowerPC    NT    Little endian
PowerPC    非NT    Big endian  <-----PPC系統(tǒng)是大端字節(jié)序系統(tǒng)
RS/6000    UNIX    Big endian
SPARC    UNIX    Big endian
IXP1200 ARM核心    全部    Little endian

本文來(lái)自CSDN博客,轉(zhuǎn)載請(qǐng)標(biāo)明出處:http://blog.csdn.net/zouxinfox/archive/2007/10/07/1814088.aspx

 

Part 3: 模擬htonl、ntohl、htons、ntohs函數(shù)實(shí)現(xiàn)

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今天在如鵬網(wǎng)里討論htonl、ntohl在不同機(jī)器的區(qū)別,特意模擬了htonl、ntohl、htons、ntohs函數(shù)實(shí)現(xiàn)。
實(shí)現(xiàn)如下:

typedef unsigned short int uint16;

typedef unsigned long int uint32;

// 短整型大小端互換

#define BigLittleSwap16(A)  ((((uint16)(A) & 0xff00) >> 8) | /

                                                 (((uint16)(A) & 0x00ff) << 8))

 

// 長(zhǎng)整型大小端互換

#define BigLittleSwap32(A)  ((((uint32)(A) & 0xff000000) >> 24) | /

                                                 (((uint32)(A) & 0x00ff0000) >> 8) | /

                                                 (((uint32)(A) & 0x0000ff00) << 8) | /

                                                 (((uint32)(A) & 0x000000ff) << 24))

 

// 本機(jī)大端返回1,小端返回0

int checkCPUendian()

{

       union{

              unsigned long int i;

              unsigned char s[4];

       }c;

 

       c.i = 0x12345678;

       return (0x12 == c.s[0]);

}

 

// 模擬htonl函數(shù),本機(jī)字節(jié)序轉(zhuǎn)網(wǎng)絡(luò)字節(jié)序

unsigned long int HtoNl(unsigned long int h)

{

       // 若本機(jī)為大端,與網(wǎng)絡(luò)字節(jié)序同,直接返回

       // 若本機(jī)為小端,轉(zhuǎn)換成大端再返回

       return checkCPUendian() ? h : BigLittleSwap32(h);

}

 

// 模擬ntohl函數(shù),網(wǎng)絡(luò)字節(jié)序轉(zhuǎn)本機(jī)字節(jié)序

unsigned long int NtoHl(unsigned long int n)

{

       // 若本機(jī)為大端,與網(wǎng)絡(luò)字節(jié)序同,直接返回

       // 若本機(jī)為小端,網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成小端再返回

       return checkCPUendian() ? n : BigLittleSwap32(n);

}

 

// 模擬htons函數(shù),本機(jī)字節(jié)序轉(zhuǎn)網(wǎng)絡(luò)字節(jié)序

unsigned short int HtoNs(unsigned short int h)

{

       // 若本機(jī)為大端,與網(wǎng)絡(luò)字節(jié)序同,直接返回

       // 若本機(jī)為小端,轉(zhuǎn)換成大端再返回

       return checkCPUendian() ? h : BigLittleSwap16(h);

}

 

// 模擬ntohs函數(shù),網(wǎng)絡(luò)字節(jié)序轉(zhuǎn)本機(jī)字節(jié)序

unsigned short int NtoHs(unsigned short int n)

{

       // 若本機(jī)為大端,與網(wǎng)絡(luò)字節(jié)序同,直接返回

       // 若本機(jī)為小端,網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成小端再返回

       return checkCPUendian() ? n : BigLittleSwap16(n);

}

 


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