将 char* 转换为 struct答案

【问题标题】：Converting char* to struct将 char* 转换为 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？

标签： c++ c sockets

【解决方案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。

【解决方案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。

【解决方案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。

【讨论】：