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

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

 

Part 3: 模拟htonl、ntohl、htons、ntohs函数实现
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今天在如鹏网里讨论htonl、ntohl在不同机器的区别，特意模拟了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);

}

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