long long類型的主機字節序和網絡字節序轉換

1. 網絡字節序和主機字節序

在網絡編程中經常會碰到網絡字節序和主機字節序。關於網絡字節序和主機字節序在學習前需要理解以下幾個概念。
字節序，指的是字節在內存中存儲的順序，比如一個int32_t類型的數值佔用4個字節，這4個字節在內存中的排列順序就是字節序。字節序有以下兩種：

1. 小端字節序（Little endian），數值低位存儲在內存低地址，高位存儲在內存高地址。
2. 大端字節序（Big endian），數值高位存儲在內存的低地址，低位存儲在內存的高地址。

下邊是從網絡上找的一個圖，以32位位寬數值0x12345678爲例，小端字節序與大端字節序具體的存儲區別如下所示：

2. 網絡字節序和主機字節序轉換

2.1 常用系統調用

下邊是C標準庫提供的關於字節序間轉換的操作函數：

#include <arpa/inet.h>

uint32_t htonl(uint32_t hostlong); //把uint32_t類型從主機序轉換到網絡序
uint16_t htons(uint16_t hostshort); //把uint16_t類型從主機序轉換到網絡序
uint32_t ntohl(uint32_t netlong); //把uint32_t類型從網絡序轉換到主機序
uint16_t ntohs(uint16_t netshort); //把uint16_t類型從網絡序轉換到主機序

2.2 64位數值的轉換

上邊的幾個函數有對32位和16位的數值轉換，但是如果是64位的就沒有現成的API可以調用了，下邊提供幾種實現方式，對64位類型數據進行轉換

2.2.1 使用位移

//主機序轉網絡序
unsigned long long htonll(unsigned long long val)
{
    if(__BYTE_ORDER == __LITTLE_ENDIAN) {
        return (((unsigned long long )htonl((int)((val << 32) >> 32))) << 32) | (unsigned int)htonl((int)(val >> 32));
    }
    
    else if (__BYTE_ORDER == __BIG_ENDIAN) {
        return val;
    }
}

//網絡序轉主機序
unsigned long long ntohll(unsigned long long val)
{
    if (__BYTE_ORDER == __LITTLE_ENDIAN) {
        return (((unsigned long long )ntohl((int)((val << 32) >> 32))) << 32) | (unsigned int)ntohl((int)(val >> 32));
    }
    
    else if (__BYTE_ORDER == __BIG_ENDIAN) {
        return val;
    }
}

2.2.2 使用聯合體union

下邊使用聯合體的特性：聯合體中所有成員引用的是內存中相同的位置，其長度爲最長成員的長度。

typedef struct {  
    unsigned int u32_h;  
    unsigned int u32_l;  
}Int64_t;  

typedef union {  
    unsigned long long u64;  
    Int64_t st64;  
}Convert64_t;

//主機序轉網絡序
unsigned long long htonll(unsigned long long val)
{  
    if (__BYTE_ORDER == __LITTLE_ENDIAN){
        Convert64_t box_in, box_out;  

        box_in.u64 = val;  
        box_out.st64.u32_h = htonl(box_in.st64.u32_l);  
        box_out.st64.u32_l = htonl(box_in.st64.u32_h);  
        return box_out.u64;
    }
    else if (__BYTE_ORDER == __BIG_ENDIAN)  {  
        return val;
    }
}

//網絡序轉主機序
unsigned long long ntohll(unsigned long long val)
{
    if (__BYTE_ORDER == __LITTLE_ENDIAN){
        Convert64_t box_in, box_out;  

        box_in.u64 = val;  
        box_out.st64.u32_h = ntohl(box_in.st64.u32_l);  
        box_out.st64.u32_l = ntohl(box_in.st64.u32_h);  
        return box_out.u64;
    }
    else if(__BYTE_ORDER == __BIG_ENDIAN){
        return val;
    }
}

2.2.3 使用編譯器內置函數

#ifdef WIN32
#define ntohll(x) _byteswap_uint64 (x)
#define htonll(x) _byteswap_uint64 (x)
#else
#if __BYTE_ORDER == __BIG_ENDIAN
#define ntohll(x) (x)
#define htonll(x) (x)
#else
#if __BYTE_ORDER == __LITTLE_ENDIAN
#define ntohll(x) __bswap_64 (x)
#define htonll(x) __bswap_64 (x)
#endif
#endif
#endif