将数据转换为大端序

Question

我将使用WinSock向服务器发送UDP数据包，需要以大端模式发送数据。在发送之前，我不确定如何转换结构体的字节顺序。

我有一个类似这样的结构体：

struct ConnectIn
{
    std::int64_t ConnectionID = 0x41727101980;
    std::int32_t Action = 0;
    std::int32_t TransactionID;

    ConnectIn(std::int32_t transactionID)
    {
        TransactionID = transactionID;
    }
};

目前我正在这样发送：

ConnectIn msg(123);
int len = sizeof(msg);
int bytesSent = sendto(s, (char*)&msg, len, 0, (SOCKADDR*)&dest, sizeof(address));

在发送之前，我如何将 msg 的字节顺序转换为大端序？

如果您好奇，我正在发送的数据是用于 Bit Torrent UDP tracker protocol。

- Drahcir

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你可以查看 hton 函数族。 - Jarod42

@black - 我不认为这是一个重复的问题。另一个问题是关于 C 而不是 C++。此外，另一个问题是关于序列化或其他什么东西，用词不当，英语糟糕，很难理解。 - Drahcir

将原始结构体通过套接字发送（或存储到文件中等）通常不是一个好主意。由于可能的原因众多，结构体中的某些内容迟早会发生变化，然后您的协议/格式就会破裂。将结构体序列化为字节数组，发送该数组，然后在接收时从接收到的字节数组进行反序列化。 - hyde

你需要首先在位级别上指定你的协议，然后要有信仰地去实现它。你不能直接发送结构体，因为结构体没有通用的位串表示。整数有，所以你需要将各种大小的整数（结构体字段）序列化为位串，并发送它。 - n. m.

好的，所以你需要实现一个现有的协议，只需跳过“指定您的协议”部分即可。 - n. m.

Answer 1

如果你想手动完成这个过程，那么你需要逐个交换成员。你需要将成员从主机计算机的字节顺序转换为网络字节顺序。在Win32系统中，htonll() 用于64位整数，htonl() 用于32位整数：

#include <Winsock2.h>

ConnectIn msg(123);

msg.ConnectionID = htonll(msg.ConnectionID);
msg.Action = htonl(msg.Action);
msg.TransactionID= htonl(msg.TransactionID);

如果您想避免依赖主机系统的结构布局，您可能还希望单独发送成员。Windows ABI在此结构中不插入任何填充，但是对于您使用的其他某些结构可能会这样做。因此，这里是基本思路：

char buf[sizeof msg.ConnectionID + sizeof msg.Action + sizeof msg.TransactionID];
char *bufi = buf;

std::memcpy(bufi, &msg.ConnectionID, sizeof msg.ConnectionID);
bufi += sizeof msg.ConnectionID;
std::memcpy(bufi, &msg.Action, sizeof msg.Action);
bufi += sizeof msg.Action;
std::memcpy(bufi, &msg.TransactionID, sizeof msg.TransactionID);
bufi += sizeof msg.TransactionID;

int len = sizeof buf;
int bytesSent = sendto(s, buf, len, 0, (SOCKADDR*)&dest, sizeof(address));

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在接收方，您需要使用适当的ntoh*()函数来将64位和32位类型从网络字节顺序转换为接收主机的字节顺序。

- bames53

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你说“如果你想手动做这个”，这是不是意味着有一种替代手动的选择？ - Drahcir

@Drahcir 或者你可以使用一些序列化或网络库来为你处理它。 - bames53

请注意，您正在使用 sendto 的目标地址参数。这意味着使用数据报协议，如 UDP。也就是说，此答案中的代码发送了 3 个单独的数据包，而不是一个，这可能不是提问者想要的。 - hyde

最终我决定编写自己的模板函数，以便可以交换其他类型的字节，但感谢您提供的一般思路。 - Drahcir

@Drahcir 是的，模板函数是一种很好的实现方式，可以避免重复太多。如果项目中没有现成的方法，这通常是我自己采用的方法。 - bames53

Answer 2

是的，网络字节序（NBO）是大端字节序，因此您需要找到一种方法将该结构发送到网络上。

您目前正在做的方式行不通：您正在发送整个结构体，但接收方可能具有不同的字节序、填充等等。

最简单的选项是：

- 使用协议定义的布局发送每个字段 - 使用第三方库处理序列化：Google Protobuf 是最常见的之一。

对于第一种选项，在 Winsock2 库中有一些函数可以处理这个问题。它们是：

- (WSA)ntoh（网络字节序转主机字节序，其中 t 可以是 short 和 unsigned） - (WSA)hton（主机字节序转网络字节序，其中 t 可以是 short 和 unsigned）

WSA 函数略有不同，只能在 Windows 上使用。

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网络编程指南
Winsock参考

- edmz

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发送整个结构对于这个协议确实有效，我的结构使用了协议定义的布局（除了字节序），尽管在阅读了每个人的评论后，我可以理解为什么这可能是不好的做法。 - Drahcir

Google Protobuf 看起来很不错，但我认为我不能用它来处理这个问题。我认为服务器也必须修改协议，以接受新的序列化格式，这是正确的吗？ - Drahcir

@Drahcir 我认为可能会有，但我不确定。 - edmz

Answer 3

一种选择是将每个数字单独转换

对于GCC：

int32_t __builtin_bswap32 (int32_t x)
int64_t __builtin_bswap64 (int64_t x)

对于 MSVC：

unsigned short _byteswap_ushort(unsigned short value);
unsigned long _byteswap_ulong(unsigned long value);
unsigned __int64 _byteswap_uint64(unsigned __int64 value);

- lisu

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那只是你转换数据的方式。不过，那些数据可能已经是网络字节序（NBO）了。 - edmz

@lisu：你的平台可能已经是大端字节序，所以 bswap 会将你的数据转换成小端字节序。 - Jarod42

好的，我明白你的意思，但问题特别涉及到转换为大端字节序，所以我没有提到它。 - lisu

@lisu 确实如此。这些函数对BE/LE没有任何了解。 - edmz