Преобразовать порядковые номера целочисленных полей в структуре с помощью макросов - PullRequest
3 голосов
/ 14 апреля 2019

Рассмотрим следующую структуру и функции

typedef struct __attribute__((__packed__)) req_file {
  uint32_t start_pos;
  uint32_t byte_count;
  uint16_t name_len;
} req_file;

void req_file_hton(req_file *d){
  d->name_len = htons(d->name_len);
  d->start_pos = htonl(d->start_pos);
  d->byte_count = htonl(d->byte_count);
}

void req_file_ntoh(req_file *d){
  d->name_len = ntohs(d->name_len);
  d->start_pos = ntohl(d->start_pos);
  d->byte_count = ntohl(d->byte_count);
}

Приведенный выше код утомительно писать для многих структур со многими полями.Я хотел бы настроить имя и поля структуры один раз, и сгенерировать для меня функции struct_name_hton и struct_name_ntoh.Я попытался немного поиграть с макросами, но мне не повезло.Портативное решение C препроцессора будет высоко ценится (не C ++).

Ответы [ 4 ]

2 голосов
/ 14 апреля 2019

ИМХО, вы должны использовать необработанный буфер для ввода / вывода.Это гораздо более переносимо (и безопаснее), чем угадывать, как компилятор упорядочит поля или структуру в каждой системе.

Кроме того, это позволит вам упаковать / распаковать данные, не беспокоясь о порядке байтов.или выравнивание памяти.

Макросы в этом примере кода были извлечены из заголовка фреймворка facil.io :

/** Reads an unaligned network ordered byte stream to a 16 bit number. */
#define fio_str2u16(c)                                                         \
  ((uint16_t)(((uint16_t)(((uint8_t *)(c))[0]) << 8) |                         \
              (uint16_t)(((uint8_t *)(c))[1])))

/** Reads an unaligned network ordered byte stream to a 32 bit number. */
#define fio_str2u32(c)                                                         \
  ((uint32_t)(((uint32_t)(((uint8_t *)(c))[0]) << 24) |                        \
              ((uint32_t)(((uint8_t *)(c))[1]) << 16) |                        \
              ((uint32_t)(((uint8_t *)(c))[2]) << 8) |                         \
              (uint32_t)(((uint8_t *)(c))[3])))

/** Writes a local 16 bit number to an unaligned buffer in network order. */
#define fio_u2str16(buffer, i)                                                 \
  do {                                                                         \
    ((uint8_t *)(buffer))[0] = ((uint16_t)(i) >> 8) & 0xFF;                    \
    ((uint8_t *)(buffer))[1] = ((uint16_t)(i)) & 0xFF;                         \
  } while (0);

/** Writes a local 32 bit number to an unaligned buffer in network order. */
#define fio_u2str32(buffer, i)                                                 \
  do {                                                                         \
    ((uint8_t *)(buffer))[0] = ((uint32_t)(i) >> 24) & 0xFF;                   \
    ((uint8_t *)(buffer))[1] = ((uint32_t)(i) >> 16) & 0xFF;                   \
    ((uint8_t *)(buffer))[2] = ((uint32_t)(i) >> 8) & 0xFF;                    \
    ((uint8_t *)(buffer))[3] = ((uint32_t)(i)) & 0xFF;                         \
  } while (0);

void req_file_read(req_file *d, unsigned char * buffer){
  d->byte_count = fio_str2u32(buffer);
  d->start_pos = fio_str2u32(buffer + 4);
  d->name_len = fio_str2u16(buffer + 8);
}

void req_file_write(unsigned char * buffer, req_file *d){
  fio_u2str32(buffer, d->byte_count);
  fio_u2str32(buffer + 4, d->start_pos);
  fio_u2str16(buffer + 8, d->name_len);
}

Это значительно упрощает обработку невыровненной памятидоступ, а также порядок байтов в сети в любой системе.Бинарная математика делает это переносимым и эффективным с точки зрения пространства.

РЕДАКТИРОВАТЬ (X-макросы)

Что касается комментариев и опасений, высказанных гонками легкости на орбите, вот файл заголовка с X-макросы, которые можно использовать для автоматического создания встроенных функций X_read / X_write.

Недостаток сериализации заключается в том, что при объявлении структуры с помощью макросов следует указывать смещение в байтах для необработанного буфера.

В этом примере один и тот же заголовок включен несколько раз с разными результатами.Кроме того, функции чтения / записи не должны быть встроены, это всего лишь пример.

Вот заголовок:

/* note there's NO include guard in the header file */
#ifndef H__FACIL_IO_MACROS
#define H__FACIL_IO_MACROS

/** Reads an unaligned network ordered byte stream to a 16 bit number. */
#define fio_str2u16(c)                                                         \
  ((uint16_t)(((uint16_t)(((uint8_t *)(c))[0]) << 8) |                         \
              (uint16_t)(((uint8_t *)(c))[1])))

/** Reads an unaligned network ordered byte stream to a 32 bit number. */
#define fio_str2u32(c)                                                         \
  ((uint32_t)(((uint32_t)(((uint8_t *)(c))[0]) << 24) |                        \
              ((uint32_t)(((uint8_t *)(c))[1]) << 16) |                        \
              ((uint32_t)(((uint8_t *)(c))[2]) << 8) |                         \
              (uint32_t)(((uint8_t *)(c))[3])))

/** Writes a local 16 bit number to an unaligned buffer in network order. */
#define fio_u2str16(buffer, i)                                                 \
  do {                                                                         \
    ((uint8_t *)(buffer))[0] = ((uint16_t)(i) >> 8) & 0xFF;                    \
    ((uint8_t *)(buffer))[1] = ((uint16_t)(i)) & 0xFF;                         \
  } while (0);

/** Writes a local 32 bit number to an unaligned buffer in network order. */
#define fio_u2str32(buffer, i)                                                 \
  do {                                                                         \
    ((uint8_t *)(buffer))[0] = ((uint32_t)(i) >> 24) & 0xFF;                   \
    ((uint8_t *)(buffer))[1] = ((uint32_t)(i) >> 16) & 0xFF;                   \
    ((uint8_t *)(buffer))[2] = ((uint32_t)(i) >> 8) & 0xFF;                    \
    ((uint8_t *)(buffer))[3] = ((uint32_t)(i)) & 0xFF;                         \
  } while (0);

/* convert SERIAL_STRUCT_NAME to actual name */
#define SERIAL_STRUCT_MAKE(struct_name) SERIAL_STRUCT_MAKE2(struct_name)

#endif
#if SERIALIZE_TYPE /* create the type */
#undef SERIALIZE_TYPE

#undef SERIAL_STRUCT_FIELD
#define SERIAL_STRUCT_FIELD(name, bits, pos) uint##bits##_t name

#undef SERIAL_STRUCT_MAKE2
#define SERIAL_STRUCT_MAKE2(struct_name)                                       \
  typedef struct {                                                             \
    SERIAL_STRUCT_FIELDS;                                                      \
  } struct_name##_s;

/* perform macros */
SERIAL_STRUCT_MAKE(SERIAL_STRUCT_NAME)

#elif SERIALIZE_READ /* create reader function */
#undef SERIALIZE_READ

#undef SERIAL_STRUCT_FIELD
#define SERIAL_STRUCT_FIELD(name, bits, pos)                                   \
  dest->name = fio_str2u##bits((src + (pos)))

#undef SERIAL_STRUCT_MAKE2
#define SERIAL_STRUCT_MAKE2(struct_name)                                       \
  inline static void struct_name_read(struct_name##_s *dest,                   \
                                      unsigned char *src) {                    \
    SERIAL_STRUCT_FIELDS;                                                      \
  }

/* perform macros */
SERIAL_STRUCT_MAKE(SERIAL_STRUCT_NAME)

#elif SERIALIZE_WRITE /* create writer function */
#undef SERIALIZE_WRITE

#undef SERIAL_STRUCT_FIELD
#define SERIAL_STRUCT_FIELD(name, bits, pos)                                   \
  fio_u2str##bits((dest + (pos)), src->name)

#undef SERIAL_STRUCT_MAKE2
#define SERIAL_STRUCT_MAKE2(struct_name)                                       \
  inline static void struct_name##_write(unsigned char *dest,                  \
                                         struct_name##_s *src) {               \
    SERIAL_STRUCT_FIELDS;                                                      \
  }

/* perform macros */
SERIAL_STRUCT_MAKE(SERIAL_STRUCT_NAME)

#endif

В файле реализации информация может выглядеть следующим образом(опять же, встроенный подход может быть изменен):

/* will produce req_file_s as the struct name, but you can change that */
#define SERIAL_STRUCT_NAME req_file
#define SERIAL_STRUCT_FIELDS                                                   \
  SERIAL_STRUCT_FIELD(start_pos, 32, 0);                                       \
  SERIAL_STRUCT_FIELD(byte_count, 32, 4);                                      \
  SERIAL_STRUCT_FIELD(name_len, 16, 8)

#define SERIALIZE_TYPE 1
#include "serialize.h"
#define SERIALIZE_READ 1
#include "serialize.h"
#define SERIALIZE_WRITE 1
#include "serialize.h"

Это можно настроить так, чтобы SERIALIZE_TYPE также объявлял функции (не определяя их), и функции не были встроены (так что только реализацияфайл включает заголовок 3 раза для каждого типа.

1 голос
/ 14 апреля 2019

Ну, это просто.

#include <stdint.h>
#include <arpa/inet.h>

/* the NETSTRUCT library ------------------------------- */

// for uint32_t
#define NETSTRUCT_dec_uint32_t(n)  uint32_t n;
#define NETSTRUCT_hton_uint32_t(n)  t->n = htonl(t->n);
#define NETSTRUCT_ntoh_uint32_t(n)  t->n = ntohl(t->n);

// for uint16_t
#define NETSTRUCT_dec_uint16_t(n)  uint16_t n;
#define NETSTRUCT_hton_uint16_t(n)  t->n = htons(t->n);
#define NETSTRUCT_ntoh_uint16_t(n)  t->n = ntohs(t->n);

// dec hton ntoh switch
#define NETSTRUCT_dec(type, name)  NETSTRUCT_dec_##type(name)
#define NETSTRUCT_hton(type, name) NETSTRUCT_hton_##type(name)
#define NETSTRUCT_ntoh(type, name) NETSTRUCT_ntoh_##type(name)

// calls NETSTRUCT_mod
#define NETSTRUCT1(mod, a)       NETSTRUCT_##mod a
#define NETSTRUCT2(mod, a, ...)  NETSTRUCT1(mod, a) NETSTRUCT1(mod, __VA_ARGS__)
#define NETSTRUCT3(mod, a, ...)  NETSTRUCT1(mod, a) NETSTRUCT2(mod, __VA_ARGS__)
#define NETSTRUCT4(mod, a, ...)  NETSTRUCT1(mod, a) NETSTRUCT3(mod, __VA_ARGS__)
// TO DO: all up to NETSTRUCT64

// variadic macro overload
#define NETSTRUCT_GET(_1,_2,_3,_4,NAME,...) NAME
// Overlads VA_ARGS with specified mod
#define NETSTRUCT_IN(mod, ...) \
        NETSTRUCT_GET(__VA_ARGS__, NETSTRUCT4, NETSTRUCT3, NETSTRUCT2, NETSTRUCT1) \
            (mod, __VA_ARGS__)

// entrypoint of out library
#define NETSTRUCT(name, ...)  \
    \
    struct name { \
        NETSTRUCT_IN(dec, __VA_ARGS__) \
    } __attribute__((__packed__)); \
    \
    void name##_hton(struct name *t) { \
        NETSTRUCT_IN(hton, __VA_ARGS__) \
    } \
    \
    void name##_ntoh(struct name *t) { \
        NETSTRUCT_IN(ntoh, __VA_ARGS__) \
    }

/* -------------------------------------------------------- */

// adding custom type
#define NETSTRUCT_dec_uint8_t_arr_8(n) uint8_t n[8];
#define NETSTRUCT_hton_uint8_t_arr_8(n) do{}while(0);
#define NETSTRUCT_ntoh_uint8_t_arr_8(n) do{}while(0);

NETSTRUCT(reg_file, 
    (uint32_t, start_pos),
    (uint32_t, byte_count),
    (uint16_t, name_len),
    (uint8_t_arr_8, example_custom_array)
);

int main() {
    struct reg_file t;
    reg_file_hton(&t);
    reg_file_ntoh(&t);
}

Я написал mactos, так что легко добавить другую функцию, скорее всего, void name##serialize(char *in) и void name##deserialize(const char *out). Дизайн может быть слегка изменен, так что обратные вызовы типа NETSTRUCT_dec_* принимают два или даже неизвестное количество аргументов с помощью ex. NETSTRUCT(name, (type_callback_suffix, (arguments, arguments2))).

@ edit: добавлен пример пользовательского типа массива и изменение порядка некоторых строк.

1 голос
/ 14 апреля 2019

Вы можете адаптировать библиотеку Энтони Полухина magic_get , чтобы иметь возможность преобразовывать любую (произвольную) структуру в другой порядок байтов - точно так же, как теперь она может печатать любую произвольную структуру в ostream.

1 голос
/ 14 апреля 2019

работа xmacros. Хитрость заключается в том, чтобы использовать вставку токенов и наложение имен функций в зависимости от типа:

#define htonuint32_t htonl
#define htonuint16_t htons
#define ntohuint32_t ntohl
#define ntohuint16_t ntohl

#define DEF_FIELDS \
   DEF_FIELD(uint32_t,start_pos); \
   DEF_FIELD(uint32_t,byte_count); \
   DEF_FIELD(uint16_t,name_len)

#define DEF_FIELD(t,v)  t v

typedef struct __attribute__((__packed__)) req_file {
    DEF_FIELDS;
} req_file;

#undef DEF_FIELD
#define DEF_FIELD(t,v) d->v = hton##t(d->v)

void req_file_hton(req_file *d) {
    DEF_FIELDS;
}
#undef DEF_FIELD
#define DEF_FIELD(t,v) d->v = ntoh##t(d->v)

void req_file_hton(req_file *d) {
    DEF_FIELDS;
}

предварительно обработанный код (переформатированный для более четкого отображения):

typedef struct __attribute__((__packed__)) req_file {
 uint32_t start_pos;
 uint32_t byte_count;
 uint16_t name_len;
} req_file;


void req_file_hton(req_file *d) {
 d->start_pos = htonl(d->start_pos);
 d->byte_count = htonl(d->byte_count);
 d->name_len = htons(d->name_len);
}


void req_file_hton(req_file *d) {
 d->start_pos = ntohl(d->start_pos);
 d->byte_count = ntohl(d->byte_count);
 d->name_len = ntohl(d->name_len);
}

Если у вас более одной структуры, вы можете усложнить систему макросов, чтобы иметь возможность генерировать все структуры и функции. Пример с 2 разными структурами:

#define htonuint32_t htonl
#define htonuint16_t htons
#define ntohuint32_t ntohl
#define ntohuint16_t ntohl

#define DEF_FIELDS_req_file \
   DEF_FIELD(uint32_t,start_pos); \
   DEF_FIELD(uint32_t,byte_count); \
   DEF_FIELD(uint16_t,name_len)

#define DEF_FIELDS_other_file \
   DEF_FIELD(uint32_t,foo_pos); \
   DEF_FIELD(uint32_t,char_count); \
   DEF_FIELD(uint16_t,bar_len)

#define STRUCT_DEF(s) \
    START_DECL(s) \
    DEF_FIELDS_##s; \
    END_DECL(s)


#define START_DECL(s) typedef struct __attribute__((__packed__)) s {
#define END_DECL(s) } s
#define DEF_FIELD(t,v)  t v

STRUCT_DEF(req_file);
STRUCT_DEF(other_file);

#undef DEF_FIELD
#undef START_DECL
#undef END_DECL
#define DEF_FIELD(t,v) d->v = hton##t(d->v)
#define START_DECL(s) void s##_hton(s *d) {
#define END_DECL(s) }

STRUCT_DEF(req_file);
STRUCT_DEF(other_file);

#undef DEF_FIELD
#undef START_DECL
#define DEF_FIELD(t,v) d->v = ntoh##t(d->v)
#define START_DECL(s) void s##_ntoh(s *d) {

STRUCT_DEF(req_file);
STRUCT_DEF(other_file);

результат:

typedef struct __attribute__((__packed__)) req_file { uint32_t start_pos; uint32_t byte_count; uint16_t name_len; } req_file;
typedef struct __attribute__((__packed__)) other_file { uint32_t foo_pos; uint32_t char_count; uint16_t bar_len; } other_file;

void req_file_hton(req_file *d) { d->start_pos = htonl(d->start_pos); d->byte_count = htonl(d->byte_count); d->name_len = htons(d->name_len); };
void other_file_hton(other_file *d) { d->foo_pos = htonl(d->foo_pos); d->char_count = htonl(d->char_count); d->bar_len = htons(d->bar_len); };

void req_file_ntoh(req_file *d) { d->start_pos = ntohl(d->start_pos); d->byte_count = ntohl(d->byte_count); d->name_len = ntohl(d->name_len); };
void other_file_ntoh(other_file *d) { d->foo_pos = ntohl(d->foo_pos); d->char_count = ntohl(d->char_count); d->bar_len = ntohl(d->bar_len); };
...