各种C/C++

htonl() htons()及inet_ntoa() inet_addr()

2008年01月01日 星期二 11:11

现在我们很幸运，因为我们有很多的函数来方便地操作 IP 地址。没有 必要用手工计算它们，也没有必要用"<<"操作来储存成长整字型。

首先，假设你已经有了一个sockaddr_in结构体ina，你有一个IP地址"132.241.5.10" 要储存在其中，你就要用到函数inet_addr(),将IP地址从 点数格式转换成无符号长整型。使用方法如下：
ina.sin_addr.s_addr = inet_addr("132.241.5.10");
注意，inet_addr()返回的地址已经是网络字节格式，所以你无需再调用 函数htonl()。
我们现在发现上面的代码片断不是十分完整的，因为它没有错误检查。 显而易见，当inet_addr()发生错误时返回-1。记住这些二进制数字？(无符 号数)-1仅仅和IP地址255.255.255.255相符合！这可是广播地址！大错特 错！记住要先进行错误检查。
好了，现在你可以将IP地址转换成长整型了。有没有其相反的方法呢？ 它可以将一个in_addr结构体输出成点数格式？这样的话，你就要用到函数 inet_ntoa()("ntoa"的含义是"network to ascii")，就像这样：
printf("%s",inet_ntoa(ina.sin_addr));
它将输出IP地址。需要注意的是inet_ntoa()将结构体in-addr作为一 个参数，不是长整形。同样需要注意的是它返回的是一个指向一个字符的 指针。它是一个由 inet_ntoa()控制的静态的固定的指针，所以每次调用 inet_ntoa()，它就将覆盖上次调用时所得的IP地址 。例如：
char *a1, *a2;
.
.
a1 = inet_ntoa(ina1.sin_addr); /* 这是198.92.129.1 */
a2 = inet_ntoa(ina2.sin_addr); /* 这是132.241.5.10 */
printf("address 1: %s ",a1);
printf("address 2: %s ",a2);
输出如下：
address 1: 132.241.5.10
address 2: 132.241.5.10
假如你需要保存这个IP地址，使用strcopy()函数来指向你自己的字符指针。

***********************************************************************************************************************************

htonl()表示将32位的主机字节顺序转化为32位的网络字节顺序 htons()表示将16位的主机字节顺序转化为16位的网络字节顺序（ip地址是32位的端口号是16位的 ）

inet_ntoa()
简述：
    将网络地址转换成“.”点隔的字符串格式。

    #include <winsock.h>

    char FAR* PASCAL FAR inet_ntoa( struct in_addr in);

    in：一个表示Internet主机地址的结构。

注释：
    本函数将一个用in参数所表示的Internet地址结构转换成以“.” 间隔的诸如“a.b.c.d”的字符串形式。请注意inet_ntoa()返回的字符串存放在WINDOWS套接口实现所分配的内存中。应用程序不应假设 该内存是如何分配的。在同一个线程的下一个WINDOWS套接口调用前，数据将保证是有效。

返回值：
    若无错误发生，inet_ntoa()返回一个字符指针。否则的话，返回NVLL。其中的数据应在下一个WINDOWS套接口调用前复制出来。

参见：
    inet_addr().

 

测试代码如下
include <stdio.h>
#include <sys/socket.h>
#include <netinet/in.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <string.h>
int main(int aargc, char* argv[])
{
         struct in_addr addr1,addr2;
         ulong   l1,l2;
         l1= inet_addr("192.168.0.74");
         l2 = inet_addr("211.100.21.179");
         memcpy(&addr1, &l1, 4);
         memcpy(&addr2, &l2, 4);

         printf("%s : %s/n", inet_ntoa(addr1), inet_ntoa(addr2));    //注意这一句的运行结果

         printf("%s/n", inet_ntoa(addr1));
         printf("%s/n", inet_ntoa(addr2));
         return 0;
}
实际运行结果如下：
192.168.0.74 : 192.168.0.74       //从这里可以看出,printf里的inet_ntoa只运行了一次。
192.168.0.74
211.100.21.179

inet_ntoa返回一个char *,而这个char *的空间是在inet_ntoa里面静态分配的，所以inet_ntoa后面的调用会覆盖上一次的调用。第一句printf的结果只能说明在printf 里面的可变参数的求值是从右到左的，仅此而已。

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C/C++返回内部静态成员的陷阱－－inet_ntoa

背景

在我们用C/C++开发的过程中，总是有一个问题会给我们带来苦恼。这个问题就是函数内和函数外代码需要通过一块内存来交互 （比如，函数返回字符串），这个问题困扰和很多开发人员。如果你的内存是在函数内栈上分配的，那么这个内存会随着函数的返回而被弹栈释放，所以，你一定要 返回一块函数外部还有效的内存。

这是一个让无数人困扰的问题。如果你一不小心，你就很有可能在这个上面犯错误。当然目前有很多解决方法，如果你熟悉一些标准库的话，你可以看到许多各式各 样的解决方法。大体来说有下面几种：

1）在函数内部通过malloc或new在堆上分配内存，然后把这块内存返回（因为在堆上分配的内存是全局可见的）。这样带来的问题就是潜在的内存问题。 因为，如果返回出去的内存不释放，那么就是memory Leak。或者是被多次释放，从而造成程序的crash。这两个问题都相当的严重，所以这种设计方法并不推荐。（在一些Windows API中，当你调用了一些API后，你必需也要调用他的某些API来释放这块内存）

2）让用户传入一块他自己的内存地址，而在函数中把要返回的内存放到这块内存中。这是一个目前普遍使用的方式。很多Windows API函数或是标准C函数都需要你传入一个buffer和这个buffer的长度。这种方式对我们来说应该是屡见不鲜了。这种方式的好处就是由函数外部的 程序来维护这块内存，比较简显直观。但问题就是在使用上稍许有些麻烦。不过这种方式把犯错误的机率减到了最低。

3）第三种方式显得比较另类，他利用了static的特性，static的栈内存一旦分配，那这块内存不会随着函数的返回而释放，而且，它是全局可见的 （只要你有这块内存的地址）。所以，有一些函数使用了static的这个特性，即不用使用堆上的内存，也不需要用户传入一个buffer和其长度。从而， 使用得自己的函数长得很漂亮，也很容易使用。

这里，我想对第三个方法进行一些讨论。使用static内存这个方法看似不错，但是它有让你想象不到的陷阱。让我们来用一个实际发生的案例来举一个例子 吧。



示例

有过socket编程经验的人一定知道一个函数叫：inet_ntoa，这个函数主要的功能是把一个数字型的IP地址转成字符串，这个函数的定义是这样的 （注意它的返回值）：

 

char *inet_ntoa(struct in_addr in);

显然，这个函数不会分配堆上的内存，而他又没有让你传一下字符串的buffer进入，那 么他一定使用“返回static char[]”这种方法。在我们继续我们的讨论之前，让我们先了解一下IP地址相关的知识，下面是inet_ntoa这个函数需要传入的参数：（也许你会 很奇怪，只有一个member的struct还要放在struct中干什么？这应该是为了程序日后的扩展性的考虑）

        struct in_addr {
                unsigned long int s_addr;
        }

对于IPV4来说，一个IP地址由四个8位的bit组成，其放在s_addr中，高位在后，这是为了方便网络传输。如果你得到的一个s_addr的整型值 是：3776385196。那么，打开你的Windows计算器吧，看看它的二进制是什么？让我们从右到左，8位为一组（如下所示）。

11100001    00010111    00010000    10101100

再把每一组转成十进制，于是我们就得到：225   23   16   172， 于是IP地址就是 172.16.23.225。

好了，言归正传。我们有这样一个程序，想记录网络包的源地址和目地地址，于是，我们有如下的代码：

    struct in_addr src, des;
    ........
    ........
    fprintf(fp, "源IP地址<%s>/t 目的IP地址<%s>/n", inet_ntoa(src),   inet_ntoa(des));

会发生什么样的结果呢？你会发现记录到文件中的源IP地址和目的IP地址完全一样。这是什么问题呢？于是你开始调试你的程序，你发现src.s_addr 和des.s_addr根本不一样（如下所示）。可为什么输出到文件的源和目的都是一样的？难道说是inet_ntoa的bug？

    src.s_addr = 3776385196;    //对应于172.16.23.225
    des.s_addr = 1678184620; //对应于172.16.7.100

原因就是inet_ntoa()“自作聪明”地把内部的static char[]返回了，而我们的程序正是踩中了这个陷阱。让我们来分析一下fprintf代码。在我们fprintf时，编译器先计算 inet_ntoa(des)，于是其返回一个字符串的地址，然后程序再去求inet_ntoa(src)表达式，又得到一个字符串的地址。这两个字符串 的地址都是inet_ntoa()中那个static char[]，显然是同一个地址，而第二次求src的IP时，这个值的des的IP地址内容必将被src的IP覆盖。所以，这两个表达式的字符串内存都是 一样的了，此时，程序会调用fprintf把这两个字符串（其实是一个）输出到文件。所以，得到相同的结果也就不奇怪。

仔细看一下inet_ntoa的man，我们可以看到这句话：The string is returned in a statically allocated buffer, which subsequent calls will overwrite. 证实了我们的分析。




小结

让我们大家都扪心自问一下，我们在写程序的过程当中是否使用了这种方法？这是一个比较危险，容易出错的方法。这种陷阱让人防不胜防。想想，如果你有这样的 程序：

    if ( strcmp( inet_ntoa(ip1), inet_ntoa(ip2) )==0 ) {
         .... ....
   }

本想判断一下两个IP地址是否一样，却不料掉入了那个陷阱——让这个条件表达式永真。

这个事情告诉我们下面几个道理：

1）慎用这种方式的设计。返回函数内部的static内存有很大的陷阱。
2）如果一定要使用这种方式的话。你就必须严肃地告诉所有使用这个函数的人，千万不要在一个表达式中多次使用这个函数。而且，还要告诉他们，不copy函 数返回的内存的内容，而只是保存返回的内存地址或是引用是没用的。不然的话，后果概不负责。
3）C/C++是很危险的世界，如果你不清楚他的话。还是回火星去吧。

附：看过Efftive C++的朋友一定知道其中有一个条款（item 23）：不要试图返回对象的引用。这个条款中也对是否返回函数内部的static变量进行了讨论。结果也是持否定态度的。