将char*转换为结构体

Question

在这段代码中，有一行：

struct iphdr * iph = (struct iphdr *)buffer;

在ProcessPacket函数中，buffer的类型为char*。在主函数中，recvfrom已经给buffer赋值。如何将简单字符串(buffer)转换为结构体，并如何安全地提取数据？ iphdr：

struct iphdr {
    #if defined(__LITTLE_ENDIAN_BITFIELD)
        __u8    ihl:4,
                version:4;
    #elif defined (__BIG_ENDIAN_BITFIELD)
        __u8    version:4,
                ihl:4;
    #else
        #error  "Please fix <asm/byteorder.h>"
    #endif
         __u8   tos;
         __u16  tot_len;
         __u16  id;
         __u16  frag_off;
         __u8   ttl;
         __u8   protocol;
         __u16  check;
         __u32  saddr;
         __u32  daddr;
         /*The options start here. */
};

- Deepesh Choudhary

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buffer中的数据并不是一个字符串，这是需要知道的重要信息。相反，它只是一大块字节，恰好对应于该结构。 - Some programmer dude

如果以这种方式写入缓冲区：unit8_t *buffer = (uint8_t *)&yourStruct，那么返回时将正常工作：yourStruct* str = (yourStruct *)buffer。否则，应执行memcpy。 - ringbuffer_peek

@Some programmer dude，recvfrom编辑一个数据字符串以填充其中的数据包。如果它对应于结构，则打印编辑后的字符串必须包含头数据，而不仅仅是字符串，但实际上并没有发生这种情况。 - Deepesh Choudhary

你收到的数据是二进制数据，它不对应任何可打印的字符。它（再次强调）不是C或C ++中的字符串。这就像从文件中读取非文本二进制数据，你是否期望能够将其打印出来？或者将数据用作字符串？ - Some programmer dude

Answer 1

buffer不是一个string。它是指向原始二进制数据的指针。 recvfrom会用原始IP/TCP帧(也称为数据包)填充buffer(在下面的示例中查看)。因此，buffer的前sizeof(iphdr)个字节是IP-header结构体：iphdr。这正是博客作者使用你提供的代码片段的原因。

struct iphdr * iph = (struct iphdr *)buffer;

如果包含IP头选项，则头的实际大小为iph->ihl*4。

然后在博客中的ProcessPacket中检查头部的协议字段（iph->protocol），以确定数据包包含的传输协议。

如果使用的传输协议是TCP，则可以使用以下方法提取TCP头（以及后续的数据）（来自博客的片段）：

unsigned short iphdrlen = iph->ihl*4;
struct tcphdr *tcph = (struct tcphdr*)(buffer + iphdrlen);

原始帧

博客作者使用以下代码创建了套接字：

sock_raw = socket(AF_INET , SOCK_RAW , IPPROTO_TCP);

• 第一个参数AF_INET表示您想要IPv4数据包（与AF_INET6代表IPv6相反）。
• 第二个参数告诉socket您想要原始帧。
• 第三个参数（IPPROTO_TCP）确保您获取TCP帧。

或者，如果您想要UDP帧，则可以使用：

 sock_raw = socket(AF_INET , SOCK_RAW , IPPROTO_UDP);

如果你非常贪心，想使用每个数据包（在使用之前请确保阅读帧格式！）：

socket(AF_PACKET, SOCK_RAW, htons(ETH_P_ALL));

- Jonas

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出色的解释，但另一个答案更适合我的问题背景。谢谢。 - Deepesh Choudhary

Answer 2

我认为代码由于程序中执行的以下两行存在未定义行为：

unsigned char *buffer = (unsigned char *)malloc(65536);
...
struct iphdr *iph = (struct iphdr*)buffer;

buffer是一个指向已预留为unsigned char*类型的内存块的指针，然后将其强制转换为struct iphdr类型的指针；但struct iphdr很可能具有不同于char*的对齐限制，这是未定义行为（例如，请参见此在线c11草案标准）：

6.3.2.3指针

（7）可以将指向对象类型的指针转换为指向不同对象类型的指针。如果得到的指针未正确对齐引用类型，则行为未定义。 ...

虽然它可能起作用（这仍然是UB的选项之一），但程序的行为也可能与您意图的方式不同。

我建议将信息复制到正确对齐的struct iphdr对象中：

unsigned char *buffer = (unsigned char *)malloc(65536);
...
struct iphdr iphobj;
memcpy(&iphobj,buffer,sizeof(struct iphdr));
...

那么需要注意对象的生命周期。

请注意，您标记了代码 C 和 C++，而这两种语言有不同的规则（例如，关于对malloc结果进行显式转换的规定，在C ++中是必需的，但在C中并不鼓励）。

但是关于UB，我非常确定该代码在C和C ++中都会引入UB。

- Stephan Lechner

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这只适用于编译器强制执行严格别名规则吗？我看到很多C代码示例中人们这样做，但我有点困惑为什么要这样做。 - Nubcake

Answer 3

首先需要了解的是，无论如何转换数据类型，内存中的位都保持不变。只是你现在在告诉编译器，buffer 应该被视为指向 struct iphdr 的指针，而不是先前的类型。这只是让编译器用不同的方式查看位，并相应地进行解释。编译器突然发现 buffer 变成了 struct iphdr *，于是说：“好的，没问题。” 重要的是要确切地知道 buffer 是什么，并将其转换为正确的类型。

如果你想的话，你也可以将 buffer 强制转换成 int *（或任何其他指针类型），编译器不会有任何反应。虽然后面可能会遇到问题。

- babon