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高低字節(jié)序轉換(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)絡編程時需要用到htons和htonl函數(shù),用來將主機字節(jié)順序轉換為網(wǎng)絡字節(jié)順序。

     在Intel機器下,執(zhí)行以下程序

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

    解釋如下,數(shù)字16的16進制表示為0x0010,數(shù)字4096的16進制表示為0x1000。 由于Intel機器是小尾端,存儲數(shù)字16時實際順序為1000,存儲4096時實際順序為0010。因此在發(fā)送網(wǎng)絡包時為了報文中數(shù)據(jù)為0010,需要經(jīng)過htons進行字節(jié)轉換。如果用IBM等大尾端機器,則沒有這種字節(jié)順序轉換,但為了程序的可移植性,也最好用這個函數(shù)。

   另外用注意,數(shù)字所占位數(shù)小于或等于一個字節(jié)(8 bits)時,不要用htons轉換。這是因為對于主機來說,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)序類型 這些字節(jié)序是指整數(shù)在內(nèi)存中保存的順序 這個叫做主機序 
最常見的有兩種
1. Little endian:將低序字節(jié)存儲在起始地址
2. Big endian:將高序字節(jié)存儲在起始地址

LE little-endian 
最符合人的思維的字節(jié)序 
地址低位存儲值的低位 
地址高位存儲值的高位 
怎么講是最符合人的思維的字節(jié)序,是因為從人的第一觀感來說 
低位值小,就應該放在內(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 
地址低位存儲值的高位 
地址高位存儲值的低位 
為什么說直觀,不要考慮對應關系 
只需要把內(nèi)存地址從左到右按照由低到高的順序寫出 
把值按照通常的高位到低位的順序寫出 
兩者對照,一個字節(jié)一個字節(jié)的填充進去

例子:在內(nèi)存中雙字0x01020304(DWORD)的存儲方式

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寫入到以0x0000開始的內(nèi)存中,則結果為
      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類型、操作系統(tǒng)等無關,從而可以保證數(shù)據(jù)在不同主機之間傳輸時能夠被正確解釋。網(wǎng)絡字節(jié)順序采用big endian排序方式。

為了進行轉換 bsd socket提供了轉換的函數(shù) 有下面四個
htons 把unsigned short類型從主機序轉換到網(wǎng)絡序
htonl 把unsigned long類型從主機序轉換到網(wǎng)絡序
ntohs 把unsigned short類型從網(wǎng)絡序轉換到主機序
ntohl 把unsigned long類型從網(wǎng)絡序轉換到主機序

在使用little endian的系統(tǒng)中 這些函數(shù)會把字節(jié)序進行轉換 
在使用big endian類型的系統(tǒng)中 這些函數(shù)會定義成空宏

同樣 在網(wǎng)絡程序開發(fā)時 或是跨平臺開發(fā)時 也應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產(chǎn)生bug.

注:
1、網(wǎng)絡與主機字節(jié)轉換函數(shù):htons ntohs htonl ntohl (s 就是short l是long h是host n是network)
2、不同的CPU上運行不同的操作系統(tǒng),字節(jié)序也是不同的,參見下表。
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

本文來自CSDN博客,轉載請標明出處:http://blog.csdn.net/zouxinfox/archive/2007/10/07/1814088.aspx

 

Part 3: 模擬htonl、ntohl、htons、ntohs函數(shù)實現(xiàn)

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今天在如鵬網(wǎng)里討論htonl、ntohl在不同機器的區(qū)別,特意模擬了htonl、ntohl、htons、ntohs函數(shù)實現(xiàn)。
實現(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),本機字節(jié)序轉網(wǎng)絡字節(jié)序

unsigned long int HtoNl(unsigned long int h)

{

       // 若本機為大端,與網(wǎng)絡字節(jié)序同,直接返回

       // 若本機為小端,轉換成大端再返回

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

}

 

// 模擬ntohl函數(shù),網(wǎng)絡字節(jié)序轉本機字節(jié)序

unsigned long int NtoHl(unsigned long int n)

{

       // 若本機為大端,與網(wǎng)絡字節(jié)序同,直接返回

       // 若本機為小端,網(wǎng)絡數(shù)據(jù)轉換成小端再返回

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

}

 

// 模擬htons函數(shù),本機字節(jié)序轉網(wǎng)絡字節(jié)序

unsigned short int HtoNs(unsigned short int h)

{

       // 若本機為大端,與網(wǎng)絡字節(jié)序同,直接返回

       // 若本機為小端,轉換成大端再返回

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

}

 

// 模擬ntohs函數(shù),網(wǎng)絡字節(jié)序轉本機字節(jié)序

unsigned short int NtoHs(unsigned short int n)

{

       // 若本機為大端,與網(wǎng)絡字節(jié)序同,直接返回

       // 若本機為小端,網(wǎng)絡數(shù)據(jù)轉換成小端再返回

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

}

 


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