Linux网络编程1——小端模式与大端模式

数据存储优先顺序的转换

计算机数据存储有两种字节优先顺序:高位字节优先(称为大端模式)和低位字节优先(称为小端模式)。内存的低地址存储数据的低字节,高地址存储数据的高字节的方式叫小端模式。内存的高地址存储数据的低字节,低地址存储数据高字节的方式称为大端模式。

eg:对于内存中存放的数0x12345678来说(注意,对于数据而言,此处12是高字节,78是低字节;对于地址而言,左边是低地址,右边是高地址)

如果是采用大端模式存放的,则其真实的数是:0x12345678

如果是采用小端模式存放的,则其真实的数是:0x78563412

综上:小端模式,先存低字节;大端模式先存高字节。

如果称某个系统所采用的字节序为主机字节序,则它可能是小端模式的,也可能是大端模式的。通常我们的电脑存放数据,都是以小端模式存放。而端口号和IP地址都是以网络字节序存储的,不是主机字节序,网络字节序都是大端模式。要把主机字节序和网络字节序相互对应起来,需要对这两个字节存储优先顺序进行相互转化。

Pra1

原题

实现将字符串形式存放的ip地址(点分十进制数)转换为主机字节序的32位二进制数值。IP为:“180.97.33.107”。十六进制为b4.61.21.6b

思路

一般我们的主机字节序均为小端字节序,也就是选存放数据的低字节。

1. 将字符串中的每个数取出来

2. 分别左移(注意,左移时一定会补0)

         180 : 00 00 00 b4    左移0  位   00 00 00 b4
         97   : 00 00 00 61    左移8  位   00 00 61 00
         33   : 00 00 00 21    左移16位   00 21 00 00
         107 : 00 00 00 6b    左移24位   6b 00 00 00

3. 或操作

代码

/*************************************************************************
    > File Name: my_atoh.c
    > Author: KrisChou
    > Mail:[email protected] 
    > Created Time: Wed 27 Aug 2014 08:52:38 PM CST
 ************************************************************************/

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#define IP "180.97.33.107"

/* 将ip地址转换为主机字节序的二进制数值,输出用16进制表示 */
static int my_atoh(char *ip)
{
    int arr[4]; /* 用于存放从ip地址中扣出的4个整数 */
    int my_ip;
    sscanf(IP,"%d.%d.%d.%d",arr,arr+1,arr+2,arr+3);
    my_ip = (arr[3] << 24) | (arr[2] << 16) | (arr[1] << 8) | arr[0];
    return my_ip;
}

int main(int argc, char *argv[])
{
    int my_host = my_atoh(IP);
    printf("ip  : %s \n",IP);
    printf("host: %x \n",my_host);
    return 0;
}

运行结果如下:

[purple@localhost 0827]$ gcc -o main my_atoh.c -Wall
[purple@localhost 0827]$ ./main
ip  : 180.97.33.107
host: 6b2161b4
[purple@localhost 0827]$

注意

提一个与本题无关的注意点,当所有scanf函数,格式化读入时,如果遇到%s,会自己加‘\0’。

Pra2

原题

实现将主机字节序(小端模式存放)转换为网络字节序(大端模式存放)。即主机字节序为6b2161b4 –> b461216b

思路1

将6b与b4交换,21与61交换。

代码

/*************************************************************************
    > File Name: my_hton.c
    > Author: KrisChou
    > Mail:[email protected] 
    > Created Time: Wed 27 Aug 2014 09:26:13 PM CST
 ************************************************************************/

#include <stdio.h>

int my_hton(int ip)
{
    /* &ip指向用32个bit表示的整型数ip,将int*类型的指针转换为char*类型的指针,
     * 则ptr指向用8个bit表示(第0-7位)的整型数,
     * ptr+1指向用8个bit表示(第8-15位)的整型数,
     * ptr+2指向用8个bit表示(第16-23位)的整型数,
     * ptr+3指向用8个bit表示(第24-31位)的整型数。*/
    
    char *ptr = (char*)&ip;
    
    char tmp;
    tmp = ptr[0];
    ptr[0] = ptr[3];
    ptr[3] = tmp;

    tmp = ptr[1];
    ptr[1] = ptr[2];
    ptr[2] = tmp;

    return ip;
}

int main(int argc, char *argv[])
{
    int my_host = 0x6b2161b4;
    int my_net = my_hton(my_host);
    printf("my_host: %x \n",my_host);
    printf("my_net : %x \n",my_net);
    return 0;
}

运行结果如下:

[purple@localhost 0827]$ gcc -o main my_hton.c -Wall
[purple@localhost 0827]$ ./main
my_host: 6b2161b4
my_net : b461216b

注意

实际上,ip地址为点分十进制,每个字节的表示范围都是0-255。而我们的char类型通常默认为有符号数,也就是说其表示范围是-128-127。那么我在代码中标记为黄色的部分是不是出错了呢?实际上并没有错,因为在此处我们只是关心ip每一位的存储情况,并不要求用到具体每个字节的实际十进制表示数值。在用printf格式化输出时,是根据数据在内存中的二进制形式来格式化的,而16进制形式是没有负数的。

思路2

1. 对于0x6b2161b4,先右移并进行与操作,取出各字节

例如:要取出6b,则0x6b2161b4右移24位,之后与0xff进行与操作即可

注意:千万不能先进行与操作,再右移。如,要取出6b,先使0x6b2161b4与0xff000000进行与操作,之后右移24位。这是错误的,因为右移会补符号位。(tips:左移补0,并舍弃符号位)

2. 分别再左移,调整到适当位置。 (以下两步类似于Pra1)

3. 或操作

代码

/*************************************************************************
    > File Name: my_hton2.c
    > Author: KrisChou
    > Mail:[email protected] 
    > Created Time: Wed 27 Aug 2014 10:08:07 PM CST
 ************************************************************************/

#include <stdio.h>

int my_hton2(int ip)
{
    int my_net;
    my_net = ((ip&0xff)<<24) | (((ip>>8)&0xff) << 16) | (((ip>>16)&0xff) << 8) | ((ip>>24)&0xff);
    return my_net;
}

int main(int argc, char *argv[])
{
    int my_host = 0x6b2161b4;
    int my_net = my_hton2(my_host);
    printf("my_host: %x \n", my_host);
    printf("my_net : %x \n", my_net);
    return 0;
}

Pra3

原题

实现将网络字节序转换为点分十进制

代码

/*************************************************************************
    > File Name: my_ntoa.c
    > Author: KrisChou
    > Mail:[email protected] 
    > Created Time: Wed 27 Aug 2014 10:27:03 PM CST
 ************************************************************************/

#include <stdio.h>

static char* my_ntoa(int ip)
{
    static char buf[1024] = "";
    sprintf(buf,"%d.%d.%d.%d",(ip >> 24) & 0xff,(ip >> 16) & 0xff, (ip >> 8) & 0xff, ip & 0xff);
    return buf;
}

int main(int argc,char *argv[])
{
    int my_net = 0xb461216b;
    printf("my_net: %x \n", my_net);
    printf("IP    : %s \n", my_ntoa(my_net));
    return 0;
}

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