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C++ 网络编程(9)字节序处理和消息队列的控制

ops 2025/8/16 16:30:32

文章目录

前言
字节序的问题
一、目前服务器单线程操作流程
二、大小端模式
三、如何分辨本机字节序是大端序还是小端序
- 代码
- 细节详解
四、服务器使用网络字节序
五、消息队列控制
总结

前言

提示：这里可以添加本文要记录的大概内容：

字节序的问题

在计算机网络中，由于不同的计算机使用的 CPU 架构和字节顺序可能不同，
因此在传输数据时需要对数据的字节序进行统一，以保证数据能够正常传输和解析。
这就是网络字节序的作用。

具体来说，计算机内部存储数据的方式有两种：大端序（Big-Endian）和小端序（Little-Endian）。在

大端序中，高位字节存储在低地址处，而低位字节存储在高地址处；在
小端序中，高位字节存储在高地址处，而低位字节存储在低地址处。

在网络通信过程中，通常使用的是大端序。这是因为早期的网络硬件大多采用了 Motorola 处理器，而 Motorola 处理器使用的是大端序。此外，大多数网络协议规定了网络字节序必须为大端序。

因此，在进行网络编程时，需要将主机字节序转换为网络字节序，也就是将数据从本地字节序转换为大端序。可以使用诸如(本地转网络) htonl、htons、(网络转本地)ntohl 和 ntohs 等函数来实现字节序转换操作。

综上所述，网络字节序的主要作用是统一不同计算机间的数据表示方式，以保证数据在网络中的正确传输和解析

提示：以下是本篇文章正文内容，下面案例可供参考

一、目前服务器单线程操作流程

当应用层调用一个读操作或者写操作，这个时候会将读写操作和读写操作的回调函数注册进入io_context中然后注册给对应的模型
在linux环境下会使用epoll模型，windows环境下会使用iocp模型，
它们是高效的操作系统底层事件通知机制
● 用来监控大量文件描述符（socket）上的事件（比如有没有数据可读、可写、连接是否断开等）。
● 解决了“多路复用”的问题——也就是让一个线程高效地管理成百上千的网络连接
epoll 和 IOCP 本身不会执行你的回调，而是当某些事件确定触发以后，其回调函数就会一个个的放入就绪事件队列中按顺序触发
在这里插入图片描述

二、大小端模式

当我们想存 0x12345678

大端模式
在这里插入图片描述
小端模式

三、如何分辨本机字节序是大端序还是小端序

如何区分本机字节序，可以通过判断低地址存储的数据是否为低字节数据，如果是则为小端，否则为大端，下面写一段代码讲述这个逻辑

代码

#include <iostream>
using namespace std;// 判断当前系统的字节序是大端序还是小端序
bool is_big_endian() {int num = 1;if (*(char*)&num == 1) {// 当前系统为小端序return false;}else {// 当前系统为大端序return true;}
}int main() {int num = 0x12345678;char* p = (char*)&num;cout << "原始数据：" << hex << num << endl;if (is_big_endian()) {cout << "当前系统为大端序" << endl;cout << "字节序为：";for (int i = 0; i < sizeof(num); i++) {cout << hex << (int)*(p + i) << " ";}cout << endl;}else {cout << "当前系统为小端序" << endl;cout << "字节序为：";// 小端序时，从低地址到高地址输出for (int i = 0; i < sizeof(num); i++) {cout << hex << (int)*(p + i) << " ";}cout << endl;}return 0;
}

细节详解

if ((char)&num == 1)
这里我们在前面已经定义了num==1
在内存中，int 类型通常占 4 个字节
数值 1 在十六进制表示中是 0x00000001
然后我们判断最低位 是否为1就行
如果最低位为1 说明就是小端序因为低位字节序存储在低地址

hex 是一个格式控制符，它的作用是让 cout 以 十六进制 的格式输出后面的数值。

例如，如果当前系统为大端序，则输出结果为：

原始数据：12345678
当前系统为大端序
字节序为：12 34 56 78

如果当前系统为小端序，则输出结果为：

原始数据：12345678
当前系统为小端序
字节序为：78 56 34 12

四、服务器使用网络字节序

为保证字节序一致性，网络传输使用网络字节序，也就是大端模式。
在 boost::asio 库中，可以使用 boost::asio::detail::socket_ops::host_to_network_long() 和 boost::asio::detail::socket_ops::host_to_network_short() 函数
将主机字节序转换为网络字节序。具体方法如下

#include <boost/asio.hpp>
#include <iostream>
int main()
{uint32_t host_long_value = 0x12345678;uint16_t host_short_value = 0x5678;uint32_t network_long_value = boost::asio::detail::socket_ops::host_to_network_long(host_long_value);uint16_t network_short_value = boost::asio::detail::socket_ops::host_to_network_short(host_short_value);std::cout << "Host long value: 0x" << std::hex << host_long_value << std::endl;std::cout << "Network long value: 0x" << std::hex << network_long_value << std::endl;std::cout << "Host short value: 0x" << std::hex << host_short_value << std::endl;std::cout << "Network short value: 0x" << std::hex << network_short_value << std::endl;return 0;
}

上述代码中，使用了 boost::asio::detail::socket_ops::host_to_network_long() 和 boost::asio::detail::socket_ops::host_to_network_short() 函数
将主机字节序转换为网络字节序。

host_to_network_long() 函数将一个 32 位无符号整数从主机字节序转换为网络字节序，返回转换后的结果。host_to_network_short() 函数将一个 16 位无符号整数从主机字节序转换为网络字节序，返回转换后的结果。

在上述代码中，分别将 32 位和 16 位的主机字节序数值转换为网络字节序，并输出转换结果。需要注意的是，在使用这些函数时，应该确保输入参数和返回结果都是无符号整数类型，否则可能会出现错误

同样的道理，我们只需要在服务器发送数据时，将数据长度转化为网络字节序，在接收数据时，将长度转为本机字节序

//获取头部数据进行判断
short data_len = 0;
memcpy(&data_len, _recv_head_node->_data, HEAD_LENGTH);
//将网络字节序转为本地字节序
data_len = boost::asio::detail::socket_ops::network_to_host_short(data_len);
cout << "data_len is " << data_len << endl;

在服务器的发送数据时会构造消息节点，构造消息节点时，将发送长度由本地字节序转化为网络字节序

MsgNode(char* msg,short max_len):_cur_len(0),_total_len(HEAD_LENGTH+max_len)
{_data = new char[_total_len+1]();//转为网络字节序int max_len_host = boost::asio::detail::socket_ops::host_to_network_short(max_len);memcpy(_data, &max_len_host, HEAD_LENGTH);memcpy(_data+ HEAD_LENGTH, msg, max_len);_data[_total_len] = '\0';
}

五、消息队列控制

发送时我们会将发送的消息放入队列里以保证发送的时序性，每个session都有一个发送队列，因为有的时候发送的频率过高会导致队列增大，所以要对队列的大小做限制，当队列大于指定数量的长度时，就丢弃要发送的数据包，以保证消息的快速收发

void CSession::Send(char* msg, int max_length)
{std::lock_guard<std::mutex>lock (_send_lock);if (_send_que.size() > 1000) {cout << "session: " << _uuid << " send que fulled, size is 1000"<< endl;return;}_send_que.push(make_shared<MsgNode>(msg, max_length));if (_send_que.size() > 0)// 保证同一时刻只有一个 async_write 在进行，防止多次并发写{return;}auto& msgnode = _send_que.front();boost::asio::async_write(_socket, boost::asio::buffer(msgnode->_data, msgnode->_total_len),std::bind(&CSession::HandleWrite, this, std::placeholders::_1, std::placeholders::_2, shared_from_this()));
}

加锁（std::lock_guardstd::mutex lock(_send_lock)）
作用：保证同一时刻只有一个线程能进入这段 Send 代码，防止多线程下队列（_send_que）被并发操作而发生数据竞争或破坏。

if (_send_que.size() > 0) return;
作用：保证同一时刻只有一个 async_write 正在进行。
如果队列原来就有消息，说明之前已经有 async_write 在发送了，现在只需要把新消息放进队列即可，不需要再发起新的 async_write。
只有队列原来为空时，才会发起一次 async_write。

总结（更口语化）：
锁：只让一个线程能“进屋”操作队列，避免线程打架。
if 判断：只让“屋里”同一时刻只挂着一个 async_write，保证异步写不会重复发起。