将 char* 转换为 struct

Posted 2023-02-17

【中文标题】将 char* 转换为 struct

【英文标题】：Converting char* to struct

【发布时间】：2017-06-30 07:22:26

【问题描述】：

代码here中有一行：

struct iphdr * iph = (struct iphdr *)buffer;

在ProcessPacket 函数中，其中buffer 的类型为char*。 buffer 已在主函数中由 recvfrom 赋予值。简单字符串（buffer）如何转换为结构，如何安全提取数据？

iphdr：

struct iphdr 
    #if defined(__LITTLE_ENDIAN_BITFIELD)
        __u8    ihl:4,
                version:4;
    #elif defined (__BIG_ENDIAN_BITFIELD)
        __u8    version:4,
                ihl:4;
    #else
        #error  "Please fix <asm/byteorder.h>"
    #endif
         __u8   tos;
         __u16  tot_len;
         __u16  id;
         __u16  frag_off;
         __u8   ttl;
         __u8   protocol;
         __u16  check;
         __u32  saddr;
         __u32  daddr;
         /*The options start here. */
;

【问题讨论】：

buffer 中的数据不是字符串，这是要知道的重要一点。相反，它只是一大块字节，恰好对应于结构。

如果以这种方式写入缓冲区：unit8_t *buffer = (uint8_t *)&yourStruct，那么返回就可以了：yourStruct* str = (yourStruct *)buffer。否则，应该执行memcpy。

@Some程序员老兄recvfrom编辑一串数据来填充其中的数据包数据。如果它对应于结构，那么打印编辑的字符串也必须包含标题数据，而不仅仅是字符串，但这不会发生。

您收到的数据是二进制数据，不对应任何可以打印的字符。它（再次）是 not 字符串（在 C 或 C++ 意义上）。这就像从文件中读取非文本二进制数据，您希望能够打印它吗？还是将数据用作字符串？

【参考方案1】：

buffer 不是 string。它是一个指向 raw 二进制数据的指针。 recvfrom 用原始 IP/TCP 帧（又名数据包）填充（在本例中，见下文）buffer。因此，buffer 的第一个 sizeof(iphdr) 字节是 IP-header 结构：iphdr。这正是博客作者使用您提供的 sn-p 的原因：

struct iphdr * iph = (struct iphdr *)buffer;

如果包含 IP 标头选项，则标头的实际大小为 iph->ihl*4。

然后在ProcessPacket（在博客中）中检查标头的协议字段（iph->protocol），以确定数据包包含的传输协议。

如果使用的传输协议是TCP，则可以使用 (sn-p from blog) 提取 TCP 标头（以及后来的数据）：

unsigned short iphdrlen = iph->ihl*4;
struct tcphdr *tcph = (struct tcphdr*)(buffer + iphdrlen);

原始帧

博客作者使用以下方法创建了套接字：

sock_raw = socket(AF_INET , SOCK_RAW , IPPROTO_TCP);

第一个参数AF_INET表示你想要IPv4数据包（与AF_INET6相反，IPv6）。 第二个参数告诉socket 你想要原始帧 第三个参数 (IPPROTO_TCP) 确保您获得 TCP 帧

或者，如果您想要 UDP 帧，您可以使用：

 sock_raw = socket(AF_INET , SOCK_RAW , IPPROTO_UDP);

如果您贪婪并且想要每个数据包使用（请在使用之前阅读帧格式！）：

socket(AF_PACKET, SOCK_RAW, htons(ETH_P_ALL));

【讨论】：

出色的解释，但在我的问题的上下文中，另一个答案更合适。谢谢。

【参考方案2】：

我认为由于在您的程序过程中执行了以下两行代码，代码引入了未定义的行为：

unsigned char *buffer = (unsigned char *)malloc(65536);
...
struct iphdr *iph = (struct iphdr*)buffer;

buffer 是指向保留为unsigned char* 的内存块的指针，然后将其转换为struct iphdr 类型的指针；然而struct iphdr 很可能与char* 有不同的对齐限制，这是未定义的行为（例如，参见this online c11 draft standard）：

6.3.2.3 指针

(7) 指向对象类型的指针可以转换为指向对象类型的指针 不同的对象类型。如果结果指针不正确 为引用类型对齐，则行为未定义。 ...

虽然它可能会起作用（这仍然是 UB 的选项之一），但也可能是程序以您不希望的方式运行。

我建议将信息复制到正确对齐的struct iphdr-object 中：

unsigned char *buffer = (unsigned char *)malloc(65536);
...
struct iphdr iphobj;
memcpy(&iphobj,buffer,sizeof(struct iphdr));
...

然后注意对象的生命周期。

请注意，您标记了代码 C 和 C++，两种语言有不同的规则（例如，关于 malloc 的结果的显式转换，这在 C++ 中是必需的，但在 C 中不鼓励）。

但是关于 UB，我很确定代码在 C 和 C++ 这两种语言中都引入了 UB。

【讨论】：

这仅适用于编译器强制执行严格别名的情况吗？我见过很多 C 代码示例，人们会这样做，但我有点困惑为什么。

【参考方案3】：

首先要了解的是，无论(struct iphdr *) 的演员如何，内存中的位都保持完全相同。只是你现在说buffer 现在被视为指向struct iphdr 的指针，而不是以前的指针。您只是告诉编译器用不同的眼镜查看这些位，然后进行相应的解释。编译器突然发现buffer 变成了struct iphdr *。并说“好的”就是这样。重要的是您确切地知道 buffer 是什么并将其转换为正确的类型。

如果您愿意，您可以将buffer 类型转换为int *（或任何其他指针类型），编译器不会说什么。虽然你以后会遇到问题。