long long类型的主机字节序和网络字节序转换

1. 网络字节序和主机字节序

在网络编程中经常会碰到网络字节序和主机字节序。关于网络字节序和主机字节序在学习前需要理解以下几个概念。
字节序，指的是字节在内存中存储的顺序，比如一个int32_t类型的数值占用4个字节，这4个字节在内存中的排列顺序就是字节序。字节序有以下两种：

1. 小端字节序（Little endian），数值低位存储在内存低地址，高位存储在内存高地址。
2. 大端字节序（Big endian），数值高位存储在内存的低地址，低位存储在内存的高地址。

下边是从网络上找的一个图，以32位位宽数值0x12345678为例，小端字节序与大端字节序具体的存储区别如下所示：

2. 网络字节序和主机字节序转换

2.1 常用系统调用

下边是C标准库提供的关于字节序间转换的操作函数：

#include <arpa/inet.h>

uint32_t htonl(uint32_t hostlong); //把uint32_t类型从主机序转换到网络序
uint16_t htons(uint16_t hostshort); //把uint16_t类型从主机序转换到网络序
uint32_t ntohl(uint32_t netlong); //把uint32_t类型从网络序转换到主机序
uint16_t ntohs(uint16_t netshort); //把uint16_t类型从网络序转换到主机序

2.2 64位数值的转换

上边的几个函数有对32位和16位的数值转换，但是如果是64位的就没有现成的API可以调用了，下边提供几种实现方式，对64位类型数据进行转换

2.2.1 使用位移

//主机序转网络序
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;
    }
}

//网络序转主机序
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 使用联合体union

下边使用联合体的特性：联合体中所有成员引用的是内存中相同的位置，其长度为最长成员的长度。

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

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

//主机序转网络序
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;
    }
}

//网络序转主机序
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 使用编译器内置函数

#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