面经及项目开发之网络编程核心概念：大端与小端

• 2019 年 10 月 6 日
• 笔记

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：

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：

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 endiann");      } else {          // 低位地址存储高位          printf("Big endiann");      }      //方法二      int num = 0x12345678;      char *q = (char *)#      if (*q == 0x78) {          printf("Little endiann");      } else {          printf("Big endiann");      }  }

运行结果：

=========两种方式验证机器大端还是小端==========  Little endian  Little endian

3.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：%xn", 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：%xn", EndianSwap32(b, buf1));  printf("%x %x %x %xn", buf1[0], buf1[1], buf1[2], buf1[3]);

输出结果：

==================================================  32位小端--->大端：78563412  78 56 34 12

4.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：%xn",htons(a));  printf("32位小端--->大端：%xn",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