字节序转换与结构体位域（bit field）值的读取

Posted 2020-07-16

最近又遇到了几年前遇到的问题，标记一下。

 

对于跨字节位域(bit field)而言，如果数据传输前后环境的字节序不同（LE->BE,BE->LE），简单地调用(ntohs/ntohl/htons/htonl)并不能正确读取位域的值。

例如：

struct _exam_
{
　　unsigned int tag : 6;
　　unsigned int field1 : 3;
　　unsigned int field2 : 7;
　　unsigned int field3 : 11;
　　unsigned int pad :  5;
}Exam;

 

其中，tag,field2,pad是字节内位域，field1和field3是跨字节位域。当这个结构体从某个大端序平台（例如MIPS,big-endian）通过网络传送到PC机（little-endian），在pc机上无论调用ntohl与否，直接通过Exam.field3语句都无法获取正确的值。

 

解决方案：

(1)调用ntohl，并保存该变量为一个unsigned int。

此时Exam的5个成员将暂时按照地址从高到低的顺序排列（正确的情况下，无论BE还是LE，结构体内部的成员都应当按照先后顺序，从低地址到高地址排列）。

 unsigned int temp = 0;
 memcpy(&temp, sizeof(temp), &Exam);
 temp = ntohl(temp);  

 

(2)使用位运算符获取位域正确值。

经过上一步骤，虽然Exam的成员(将temp内的码流当作Exam)在内存中的排列顺序是错的，但我们将错就错。从日常印刷书写的“逻辑视图”角度看，Exam.tag在“最左端”(高位)，Exam.pad在“最右端”（低位），且5个位域内的比特顺序也是正确的。因此可以直接用移位运算符获取其中的值。

struct _exam_ ExamWin32;
ExamWin32.tag = temp >> 26;   // 高位全部为0，不必使用位与运算
ExamWin32.field1 = (temp >> 23) & 0x00000007; // 只获取移位操作结果的低3位。
ExamWin32.field2 =  (temp >> 16) & 0x0000007F; 
ExamWin32.field3 =  (temp >> 5) & 0x000007FF; 
ExamWin32.pad = temp & 0x0000001F;