主机字节序与网络字节序的转换函数：htonl、ntohl、htons、ntohs【转】

 

（转自：https://blog.csdn.net/kulala082/article/details/53431473）

Part 1: htons函数具体解释

     在Linux和Windows网络编程时需要用到htons和htonl函数，用来将主机字节顺序转换为网络字节顺序。

     在Intel机器下，执行以下程序

int main()
{
    printf("%d /n",htons(16));
    return 0;
}
得到的结果是4096，初一看感觉很怪。

    解释如下，数字16的16进制表示为0x0010，数字4096的16进制表示为0x1000。 由于Intel机器是小尾端，存储数字16时实际顺序为1000，存储4096时实际顺序为0010。因此在发送网络包时为了报文中数据为0010，需要经过htons进行字节转换。如果用IBM等大尾端机器，则没有这种字节顺序转换，但为了程序的可移植性，也最好用这个函数。

   另外用注意，数字所占位数小于或等于一个字节（8 bits）时，不要用htons转换。这是因为对于主机来说，大小尾端的最小单位为字节(byte)。

---

Part 2: 大小端模式

不同的CPU有不同的字节序类型 这些字节序是指整数在内存中保存的顺序 这个叫做主机序 
最常见的有两种
1． Little endian：将低序字节存储在起始地址
2． Big endian：将高序字节存储在起始地址

LE little-endian 
最符合人的思维的字节序 
地址低位存储值的低位 
地址高位存储值的高位 
怎么讲是最符合人的思维的字节序，是因为从人的第一观感来说 
低位值小，就应该放在内存地址小的地方，也即内存地址低位 
反之，高位值就应该放在内存地址大的地方，也即内存地址高位

BE big-endian 
最直观的字节序 
地址低位存储值的高位 
地址高位存储值的低位 
为什么说直观，不要考虑对应关系 
只需要把内存地址从左到右按照由低到高的顺序写出 
把值按照通常的高位到低位的顺序写出 
两者对照，一个字节一个字节的填充进去

例子：在内存中双字0x01020304(DWORD)的存储方式

内存地址 
     4000   4001   4002   4003 
LE 04       03       02        01 
BE 01       02       03        04

例子：如果我们将0x1234abcd写入到以0x0000开始的内存中，则结果为
             big-endian     little-endian
0x0000  0x12               0xcd
0x0001  0x23               0xab
0x0002  0xab               0x34
0x0003  0xcd               0x12
x86系列CPU都是little-endian的字节序.

网络字节顺序是TCP/IP中规定好的一种数据表示格式，它与具体的CPU类型、操作系统等无关，从而可以保证数据在不同主机之间传输时能够被正确解释。网络字节顺序采用big endian排序方式。

为了进行转换 bsd socket提供了转换的函数 有下面四个

• htons 把unsigned short类型从主机序转换到网络序
• htonl 把unsigned long类型从主机序转换到网络序
• ntohs 把unsigned short类型从网络序转换到主机序
• ntohl 把unsigned long类型从网络序转换到主机序

在使用little endian的系统中 这些函数会把字节序进行转换 
在使用big endian类型的系统中 这些函数会定义成空宏

同样 在网络程序开发时 或是跨平台开发时 也应该注意保证只用一种字节序 不然两方的解释不一样就会产生bug.

注：
1、网络与主机字节转换函数:htons ntohs htonl ntohl (s 就是short l是long h是host n是network)
2、不同的CPU上运行不同的操作系统，字节序也是不同的，参见下表。
处理器    操作系统    字节排序
Alpha    全部    Little endian
HP-PA    NT    Little endian
HP-PA    UNIX    Big endian
Intelx86    全部    Little endian <-----x86系统是小端字节序系统
Motorola680x()    全部    Big endian
MIPS    NT    Little endian
MIPS    UNIX    Big endian
PowerPC    NT    Little endian
PowerPC    非NT    Big endian  <-----PPC系统是大端字节序系统
RS/6000    UNIX    Big endian
SPARC    UNIX    Big endian
IXP1200 ARM核心    全部    Little endian

3.字节顺序是指占内存多于一个字节类型的数据在内存中的存放顺序，通常有小端、大端两种字节顺序。小端字节序指低字节数据存放在内存低地址处，高字节数据存 放在内存高地址处；大端字节序是高字节数据存放在低地址处，低字节数据存放在高地址处。基于X86平台的PC机是小端字节序的，而有的嵌入式平台则是大端 字节序的。 
因而对int、uint16、uint32等多于1字节类型的数据，在这些嵌入式平台上应该变换其存储顺序。通常我们认为，在空中传输的字节的 顺序即网络字节序为标准顺序，考虑到与协议的一致以及与同类其它平台产品的互通，在程序中发数据包时，将主机字节序转换为网络字节序，收数据包处将网络字 节序转换为主机字节序

---

Part 3: 网络字节顺序

 

1、字节内的比特位不受这种顺序的影响

比如一个字节 1000 0000 （或表示为十六进制 80H)不管是什么顺序其内存中的表示法都是这样。

2、大于1个字节的数据类型才有字节顺序问题

比如 Byte A，这个变量只有一个字节的长度，所以根据上一条没有字节顺序问题。所以字节顺序是“字节之间的相对顺序”的意思。
3、大于1个字节的数据类型的字节顺序有两种
比如 short B，这是一个两字节的数据类型，这时就有字节之间的相对顺序问题了。

网络字节顺序是“所见即所得”的顺序。而Intel类型的CPU的字节顺序与此相反。
比如上面的 short B=0102H(十六进制，每两位表示一个字节的宽度）。所见到的是“0102”，按一般数学常识，数轴从左到右的方向增加，即内存地址从左到右增加的话，在内存中这个 short B的字节顺序是：01 02
这就是网络字节顺序。所见到的顺序和在内存中的顺序是一致的！

而相反的字节顺序就不同了，其在内存中的顺序为：02 01
假设通过抓包得到网络数据的两个字节流为：01 02
如果这表示两个 1Byte类型的变量，那么自然不需要考虑字节顺序的问题。
如果这表示一个 short 变量，那么就需要考虑字节顺序问题。

根据网络字节顺序“所见即所得”的规则，这个变量的值就是：0102
假设本地主机是Intel类型的，那么要表示这个变量，有点麻烦：
定义变量 short X，
字节流地址为：pt，按顺序读取内存是为
x=*((short*)pt);
那么X的内存顺序当然是 01 02
按非“所见即所得”的规则，这个内存顺序和看到的一样显然是不对的，所以要把这两个字节的位置调换。
调换的方法可以自己定义，但用已经有的API还是更为方便。

网络字节顺序NBO 与 主机字节顺序HBO

网络字节顺序NBO（Network Byte Order）：按从高字节到低字节的顺序存储（地址是从低地址到搞地址），在网络上使用统一的网络字节顺序，可以避免兼容性问题。

主机字节顺序（HBO，Host Byte Order）：不同的机器HBO不相同，与CPU设计有关计算机数据存储有两种字节优先顺序：高字节优先和低字节优先。

Internet上数据以高字节优先顺序在网络上传输，所以对于在内部是以低字节优先方式存储数据的机器，在Internet上传输数据时就需要进行转换。

---

Part 4: 模拟htonl、ntohl、htons、ntohs函数实现

模拟了htonl、ntohl、htons、ntohs函数实现。
实现如下：

typedef unsigned short int uint16;
typedef unsigned long int uint32;

// 短整型大小端互换
#define BigLittleSwap16(A)  ((((uint16)(A) & 0xff00) >> 8) | /
                            (((uint16)(A) & 0x00ff) << 8))

// 长整型大小端互换
#define BigLittleSwap32(A)  ((((uint32)(A) & 0xff000000) >> 24) | /
                            (((uint32)(A) & 0x00ff0000) >> 8) | /
                            (((uint32)(A) & 0x0000ff00) << 8) | /
                            (((uint32)(A) & 0x000000ff) << 24))

// 本机大端返回1，小端返回0
int checkCPUendian()
{
       union{
              unsigned long int i;
              unsigned char s[4];
       }c;

       c.i = 0x12345678;

       return (0x12 == c.s[0]);
}

// 模拟htonl函数，本机字节序转网络字节序
unsigned long int HtoNl(unsigned long int h)
{
       // 若本机为大端，与网络字节序同，直接返回
       // 若本机为小端，转换成大端再返回

       return checkCPUendian() ? h : BigLittleSwap32(h);
}



// 模拟ntohl函数，网络字节序转本机字节序
unsigned long int NtoHl(unsigned long int n)
{
       // 若本机为大端，与网络字节序同，直接返回
       // 若本机为小端，网络数据转换成小端再返回

       return checkCPUendian() ? n : BigLittleSwap32(n);
}

// 模拟htons函数，本机字节序转网络字节序
unsigned short int HtoNs(unsigned short int h)
{
       // 若本机为大端，与网络字节序同，直接返回
       // 若本机为小端，转换成大端再返回

       return checkCPUendian() ? h : BigLittleSwap16(h);
}

// 模拟ntohs函数，网络字节序转本机字节序
unsigned short int NtoHs(unsigned short int n)
{
       // 若本机为大端，与网络字节序同，直接返回
       // 若本机为小端，网络数据转换成小端再返回

       return checkCPUendian() ? n : BigLittleSwap16(n);
}

 

本文来自CSDN博客，转载请标明出处：http://blog.csdn.Net/fjiale/archive/2010/06/25/5693509.aspx