面经及项目开发之网络编程核心概念：大端与小端
面经及项目开发之网络编程核心概念：大端与小端
面经及项目开发之网络编程核心概念：大端与小端
0.导语
最近做的项目都涉及了协议，网络编程，针对协议与网络通信数据传输，大家使用抓包工具抓出来的数据例如：0x5634... 这些就是所谓的网络字节序，俗称大端！而针对不同的机器，有着不同的模式，有些是大端，有些是小端，如果在网络传输中发送的是原数据0x3456，而不是0x5634，那么会发生灾难性的错误，因此需要在发送前调用htons或者htonl函数将其转换为大端模式，也就是网络字节序，相信在深入理解一些开源的项目中，底层用C/C++ 写的程序中，大家会看到这些函数。
另外，在面试过程中，这个点也非常的重要，通常会考察这些概念与碰到的问题之类的，那么下面一起来从零学起。
简化一下需求：
（1）WORD类型传输约定：先传递高八位,再传递低八位。
（2）DWORD传递约定：先传递高24位,然后传递高16位,再传递高八位,最后传递低八位
针对这样的类型如何传输呢？
下面看完本篇文章就知道怎么传输了！
1.What?
所谓的大端模式，就是高位字节排放在内存的低地址端，低位字节排放在内存的高地址端。
所谓的小端模式，就是低位字节排放在内存的低地址端，高位字节排放在内存的高地址端。
简单来说：大端——高尾端，小端——低尾端。
实际例子如下：
16bit宽的数0x1234在Little-endian模式（以及Big-endian模式）CPU内存中的存放方式（假设从地址0x6411开始存放）为：
内存地址 | 小端模式存放内容 | 大端模式存放内容 |
|---|---|---|
0x6410 | 0x34 | 0x12 |
0x6411 | 0x12 | 0x34 |
32bit宽的数0x12345678在Little-endian模式（以及Big-endian模式）CPU内存中的存放方式（假设从地址0x6411开始存放）为：
内存地址 | 小端模式存放内容 | 大端模式存放内容 |
|---|---|---|
0x6410 | 0x78 | 0x12 |
0x6411 | 0x56 | 0x34 |
0x6412 | 0x34 | 0x56 |
0x6413 | 0x12 | 0x78 |
2.How?
上面阐述了如何判断大端与小端，那如何来判断自己的CPU是大端还是小端。
下面给出了两种方法。
方法1：使用联合体，给一个变量赋值，使用另一个变量查看低地址存储的是高位还是低位。
方法2：直接查看char的低地址存储的是高位还是低位。
/**
* 检查机器的字节序
* @return
*/
bool isBigEndian() {
// 使用联合体
union node {
int num;
char ch;
};
union node p;
//方法一
p.num = 0x12345678;
// 低位地址存储低位
if (p.ch == 0x78) {
printf("Little endian\n");
} else {
// 低位地址存储高位
printf("Big endian\n");
}
//方法二
int num = 0x12345678;
char *q = (char *)#
if (*q == 0x78) {
printf("Little endian\n");
} else {
printf("Big endian\n");
}
}运行结果：
=========两种方式验证机器大端还是小端==========
Little endian
Little endian3.实现
那如何自己实现小端转大端(网络字节序列)呢？
分为两种，一种是16位，一种是32位。
针对16位，实现如下：
/**
* 低地址存放高位,高地址存放低位
* WORD类型传输约定：先传递高八位,再传递低八位。
* 其中WORD 被定义为uint16_t
* 2字节大端转换函数
* @param value
* @param buf
* @return
*/
WORD EndianSwap16(const WORD &value, unsigned char* buf = NULL) {
assert(sizeof(value) == 2);
if(buf) {
*buf++ = value&0x00ff;
*buf = (value&0xff00)>>8;
}
return (value&0x00ff)<<8|(value&0xff00)>>8;
}其中buf存储的是大端的每一个字节。
调用上述函数：
cout<<"==========调用自己实现的函数实现小端转换为大端=========="<<endl;
uint16_t a = 0x1234;
unsigned char buf[2];
printf("16位小端--->大端：%x\n", EndianSwap16(a, buf));输出结果：
==========调用自己实现的函数实现小端转换为大端==========
16位小端--->大端：3412
34 12针对32位：实现如下：
/**
* 低地址存放高位,高地址存放低位
* DWORD传递约定：先传递高24位,然后传递高16位,再传递高八位,最后传递低八位
* 4字节大端转换函数
* 其中DWORD 被定义为uint32_t
* @param value
* @param buf
* @return
*/
DWORD EndianSwap32(const DWORD &value, unsigned char* buf=NULL) {
assert(sizeof(value) == 4);
if(buf) {
*buf++ = value&0x000000ff;
*buf++ = (value&0x0000ff00)>>8;
*buf++ = (value&0x00ff0000)>>16;
*buf = value>>24;
}
return ((value >> 24) |
((value & 0x00ff0000) >> 8) |
((value & 0x0000ff00) << 8) |
(value << 24));
}其中buf存储的是大端的每一个字节。
调用上述函数：
uint32_t b = 0x12345678;
unsigned char buf1[4];
printf("32位小端--->大端：%x\n", EndianSwap32(b, buf1));
printf("%x %x %x %x\n", buf1[0], buf1[1], buf1[2], buf1[3]);输出结果：
==================================================
32位小端--->大端：78563412
78 56 34 124.调用函数
在C/C++网络开发中可以通过引入
#include <netinet/in.h>调用htonl、htons、ntohl、 ntohs来完成小端与大端转换。
那么下面来使用一下，使用之前先阐述一下这几个函数：
htonl()
32位无符号整型的主机字节顺序到网络字节顺序的转换（小端->大端）
htons()
16位无符号短整型的主机字节顺序到网络字节顺序的转换 （小端->大端）
ntohl()
32位无符号整型的网络字节顺序到主机字节顺序的转换 （大端->小端）
ntohs()
16位无符号短整型的网络字节顺序到主机字节顺序的转换 （大端->小端）
注，主机字节顺序，X86一般多为小端（little-endian），网络字节顺序，即大端(big-endian)；
调用：
cout<<"==========htonl htons ntohl ntohs函数调用=========="<<endl;
printf("16位小端--->大端：%x\n",htons(a));
printf("32位小端--->大端：%x\n",htonl(b));输出结果：
==========htonl htons ntohl ntohs函数调用==========
16位小端--->大端：3412
32位小端--->大端：78563412