通过网络发送结构

Question

在我们公司，通过网络发送 C/C++ 结构是很常见的。任何结构都有一个或多个 uint32_t 字段：

typedef struct {
    uint32_t data1;
    uint32_t data2;
} Data;

和字段(data1,data2,...)封装了我们需要发送的真实数据。我们的数据大部分是一位或几位长，因此为了保存 space/bandwidth 它在特定位位置的那些字段内对齐。

为了访问我们的真实数据，我们编写了（在结构之外！）'getters' 和 'setters' 具有位移和位掩码的宏：

#define READY_MASK 0x01      // indicates that READY is a single bit value
#define READY_OFFSET 3       // indicates position of READY inside 32-bit field
#define IS_READY(x) { ... }  // returns READY value from x field
#define SET_READY(x,r) { ... }  // sets READY value to x field

现在我想通过直接在结构中添加 getter 和 setter 来修改、简化并使这个过程更安全，例如：

typedef struct {
    uint32_t data1;

    #define READY_MASK 0x01
    #define READY_OFFSET 3
    inline void set_ready(uint32_t r) { /*...*/ }
    inline uint32_t is_ready() { /*...*/ }
    // lots of other getters and setters
} Data1;

就我的实验而言，我注意到这种修改不会影响结构的大小 sizeof(Data)==sizeof(Data1)，我可以通过网络发送这个结构并在另一端。

我的问题是：这个修改有什么不对的地方吗？有什么风险或我应该注意的事情吗？

Answer 1

原则上不加虚函数就没有vptr，struct size应该和没有成员函数一样。但它不再是 POD 结构，因此您可能很容易陷入 UB 的模糊地带，即未定义行为。由于 C++（还）没有标准化的 ABI，因此通常最好使用 C 风格的 POD 结构，例如通过网络序列化。为 C++ modules/subsystems 制作精简、可移植的 API 也是如此，坚持使用 C ABI。

此外，如果您考虑这些（正如某些评论者所建议的那样），我建议您远离位域，手动位掩码通常更易于分析和移植。位域可以例如给你字节序问题，这至少部分是因为 struct 'always' 的第一个成员结束于 struct start 的较低内存地址，而不管字节顺序如何。位域的工作方式也可能取决于传输介质，例如BSD 网络流套接字是字节流，但许多 HW 接口复制整个 32 位字大小的块而不是字节。

Answer 2

您所做的修改不会造成任何伤害，但它也不会带来任何好处，因为无论如何结构成员都是 public。 Data和Data1大小相同的原因是因为你添加的是内联函数，不占用对象中的space而是用实际函数代码替换任何函数调用。

现在，如果您要通过网络发送结构和二进制数据，则必须考虑以下两个规则：

按照惯例，整数值是使用网络字节顺序发送的，它是 Big Endian 而不是 x86 的 Little Endian。如果您确定所有发送和接收数据的机器都是 x86，这不是问题。但是，如果任何机器具有不同的字节序，如大字节序或无字节序（或中字节序），你就会遇到问题。例如，您可以有一个 ARM 处理器、一个 SPARC 等。在 C 中，您有以下宏：

ntohs、htons、ntohl、htonl
您还必须考虑不同的内存对齐方式。结构的内存对齐取决于体系结构、编译器和编译模式。编译器可能会添加填充（他们不能在 C 中重新排序成员，但请阅读：Can a C++ compiler re-order elements in a struct）。此外，long 等类型在 32 位和 64 位体系结构中具有不同的大小。即使可以肯定只有两个 unsigned int 成员不会有问题，您也不应该将内存从结构复制到将在消息中发送的数据缓冲区，也不应该从消息中的原始数据复制内存到一个结构。基本上你不应该做这样的事情：

字符缓冲区[BUF_SIZE];

Data1 myData;

memcpy(buffer, myData, sizeof(Data));

https://en.wikipedia.org/wiki/Data_structure_alignment

你应该把成员一个一个地移到缓冲区。从消息中收到的原始数据填充结构时也是如此。

我还建议不要使用位域，阅读 Why bit endianness is an issue in bitfields?。但非常清楚，在您的代码片段中您没有使用位域。使用位域与使用整数中的位来表示某些特定状态不同。在这种情况下，你做得很好，应该只考虑具有不同字节顺序的体系结构中的整数表示（如果这是可能的情况）。

通过网络发送结构

Sending structs over a network

c++

struct

network-programming

sizeof