将大端结构转换为小端结构

Question

我正在制作一个 C 程序，该程序与使用大端字节顺序的患者监视器进行通信。例如，如果我有某种 C 结构

typedef struct {
   int short a;
   int short b;
   int       c;
} msg;

要读取这种结构，我可以简单地使用 ntohs(msg.a)、ntohs(msg.b)、ntohl(msg.c)。但是某些结构具有短整数缓冲区，但该缓冲区本身是另一个结构的类型。例如，

typedef struct {
   int short length;
   int short b[MAX_BUF_SIZE];
} msg1;

上面结构中的字段“b”代表另一个结构，如下所示：

typedef struct {
   int short a;
   int short b;
} msg2;

现在，我的问题是1）我应该将结构“msg1”的所有短整数转换为主机顺序，然后将其转换为类型的指针“msg2”并简单地读取“msg2.a”和“msg2.b”或2）我也应该转换“msg2.a”和“msg2.b”的字节顺序或3）只是强制转换 “msg1.b”指向“msg2”类型的指针，并通过将它们转换为主机顺序来读取“msg2.a”和“msg2.b”？

请告诉哪种方法读取 msg1 是正确的

方法 1

int t[msg1.length];
for(int i = 0; i < msg1.length; i++)
   t[i] = ntohs(*(msg1.b + i));
msg2 * msg2_m = (msg2 *)t;
/* should I convert the msg2_m.a and msg2_m.b as well? */
printf("%d:%d", msg2_m.a, msg2_m.b);

方法 2

外均相同

printf("%d:%d", ntohs(msg2_m.a), ntohs(msg2_m.b));

除方法 3

不转换“msg1.b”并直接将“msg1.b”转换为“msg2”，仅转换“msg2.a”和“ msg2.b”来主机命令。

msg2 *msg2_m = (msg2 *)msg1.a;
printf("%d:%d", ntohs(msg2_m.a), ntohs(msg2_m.b));

我需要了解当一个结构被转换为其他结构时，它的字节顺序在通过网络传递时是否会根据新结构而改变？我认为方法 3 是正确的，但这只是我的看法，我不确定字节排序的内部原理。任何帮助将不胜感激。

谢谢， 希瓦姆·卡尔拉

Answer 1

首先，转换不会影响字节顺序。

其次，您不想在代码中的任何地方都考虑字节顺序，因为您或其他人会忘记并在某个地方犯下错误，而以后试图找到错误将是地狱。因此，一旦读入数据，就将其转换为正确的字节顺序。如果您读取包含 Shorts 数组的结构，请立即将整个 Shorts 数组转换为正确的字节顺序。对于任何其他结构也是如此。转换数据并存储结果；不要在每次需要阅读或打印某些内容时都使用 ntohs。将此代码与程序的其余部分分开，以便您可以忘记程序其他部分中的字节顺序，而仅在处理转换代码时考虑字节顺序。

Answer 2

我认为通常最好不要尝试直接读取或写入 struct 。相反，您应该显式定义您的有线格式并将结构逐字节写入该格式（然后在读取时执行相反的操作）。例如，要编写：

typedef struct {
   short int a;
   short int b;
   int       c;
} msg;

您可以这样做：

void WriteBigEndian16(uint16_t x, FILE* fp)
{
   fputc((x >> 8) & 0xFF, fp);
   fputc( x       & 0xFF, fp);
}

void WriteBigEndian32(uint32_t x, FILE* fp)
{
   fputc((x >> 24) & 0xFF, fp);
   fputc((x >> 16) & 0xFF, fp);
   fputc((x >>  8) & 0xFF, fp);
   fputc( x        & 0xFF, fp);
}

FILE* fp = fopen(...);
msg m; // Assume that this is initialized.
WriteBigEndian16(m.a, fp);
WriteBigEndian16(m.b, fp);
WriteBigEndian32(m.c, fp);

这样做的优点是：

• 代码与字节序无关。无论您是在小端机器还是大端机器上运行都没有关系。你不需要知道。
• 您可以避免对内存中的结构体是否进行字节交换产生任何混淆。它们将始终是平台的本机排序。
• 您也定义了字段的大小。如果您没有定义线路格式，则不仅容易出现字节序不匹配，而且还容易出现大小不匹配。谁说两个端点都使用相同的 int 大小？