具有使用 UDP 套接字字节的限制的标头

Header with restrictions using bytes for an UDP Socket

本文关键字：字节 套接字 UDP      更新时间：2023-10-16

我正在为一个UDP套接字做一个标头，该套接字对字节有限制。

|数据包 ID(1 字节(|数据包大小(2 字节(|子数据包 ID(1 字节(|等

我做了一个结构来存储这种属性，例如：

typedef struct WHEATHER_STRUCT
{
unsigned char packetID[1];
unsigned char packetSize[2];
unsigned char subPacketID[1];
unsigned char subPacketOffset[2];
...
} wheather_struct;

我使用 new 初始化了这个结构并更新了值。问题是关于我是否只想在数据包大小属性中使用 2 个字节。我在下面写的这两种形式中哪一种是正确的？

*weather_struct->packetSize = '50';

或

*weather_struct->packetSize = 50;

如果你可以使用 C++11 和 gcc(或 clang(，那么我会这样做：

typedef struct WHEATHER_STRUCT
{
uint8_t packetID;
uint16_t packetSize;
uint8_t subPacketID;
uint16_t subPacketOffset;
// ...
}  __attribute__((packed)) wheather_struct;

如果您不能使用 C++11，则可以改用unsigned char和unsigned short。

如果你使用的是Visual C，那么你可以做：

#pragma pack (push, 1)
typedef struct ...
#pragma (pop)

还要注意字节排序问题，具体取决于您需要支持的体系结构。 您可以使用htons()和ntohs()来解决此问题。

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从IP数据包中打包和解压缩数据是一个与互联网本身一样古老的问题(实际上，更老(。

不同的计算机体系结构具有用于表示整数的不同布局，这可能会导致计算机之间的通信出现问题。

出于这个原因，IP 堆栈标准化了按"网络字节顺序"(这基本上意味着最高有效字节优先(编码整数。

存在将网络字节顺序的值转换为本机类型的标准函数，反之亦然。我敦促您考虑使用这些代码，因为您的代码将更具可移植性。

此外，从程序的角度抽象数据表示是有意义的。 C++ 编译器可以非常有效地执行转换。

例：

#include <arpa/inet.h>
#include <cstring>
#include <cstdint>
typedef struct WEATHER_STRUCT
{
std::int8_t packetID;
std::uint16_t packetSize;
std::uint8_t subPacketID;
std::uint16_t subPacketOffset;
} weather_struct;

const std::int8_t* populate(weather_struct& target, const std::int8_t* source)
{
auto get16 = [&source]
{
std::uint16_t buf16;
std::memcpy(&buf16, source, 2);
source += 2;
return ntohs(buf16);
};
target.packetID = *source++;
target.packetSize = get16();
target.subPacketID = *source++;
target.subPacketOffset = get16();
return source;
}
uint8_t* serialise(uint8_t* target, weather_struct const& source)
{
auto write16 = [&target](std::uint16_t val)
{
val = ntohs(val);
std::memcpy(target, &val, 2);
target += 2;
};
*target++ = source.packetID;
write16(source.packetSize);
*target++ = source.subPacketID;
write16(source.subPacketOffset);
return target;
}

https://linux.die.net/man/3/htons

以下是上述 C++17 版本的链接：

https://godbolt.org/z/oRASjI

关于转换成本的进一步说明：

传入或离开程序的数据是每个有效负载发生一次的事件。在这里遭受转换成本会产生可以忽略不计的罚款。

一旦数据到达程序，或者在数据离开之前，代码可能会对其进行多次操作。

如果数据未在自然字边界上对齐，则某些处理器体系结构在数据访问期间会遭受巨大的性能损失。这就是packed等属性存在的原因 - 编译器正在尽其所能避免未对齐的数据。使用 pack 属性无异于故意告诉编译器生成非常不理想的代码。

出于这个原因，我建议不要使用填充结构(例如__attribute__((packed))等(表示将由程序逻辑引用的数据。

与RAM相比，网络要慢许多数量级。与实际传输网络数据包的成本相比，在编码或解码网络数据包时微小的性能命中(字面意思是纳秒(是无关紧要的。

打包结构会导致程序代码中出现可怕的性能问题，并且通常会导致可移植性问题。

两者都不正确，您需要将两个字节视为单个 16 位数字。您可能还需要考虑网络流与处理器体系结构的不同字节序(取决于协议，大多数是大端序(。

因此，正确的代码是：

*((uint16_t*)weather_struct->packetSize) = htons(50);

如果packetSizeuint16_t开始会更简单：

weather_struct->packetSize = htons(50);
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