Java与C/C++网络通信时的数据转换

文章由LinuxBoy分享于2019-04-01 09:04:53热评（581）

Java与C/C++网络通信时的数据转换

最近做了一款Android应用，需要和PC端通过socket传递数据。PC端是用C++开发的，为了方便传输，在发送之前都将数据转化为字节数组。本以为可以万事大吉，可是过程还是会有一些问题。下面是我遇到的几个问题以及解决方案，这里做一个简单的记录，也希望大家遇到后能够快速解决，同时欢迎各位补充指正~

Java Socket的接收与发送
首先我们会建立一个socket连接，然后从中获取InputStream和OutputStream。在接收的时候我是用一个DataInputStream对Socket的InputStream进行包装，便于后面接收不同大小的数据类型。在发送时先通过DataOutputStream()对OutputStream进行包装，然后将不同的数据类型写入，最后用ByteArrayOutputStream包装转化成字节流，通过已经建立好的Socket通道发送。这样以来会有以下两个问题。

问题一：大小端问题
PC端设备使用的是x86平台，数据为小端格式。而jvm虚拟机采用的大端格式，当你用Java读取一个字节，如：调用dataInputStream.read()的时候，可以正常的读出一个字节。但是如果要读出多字节的数据类型，如：dataInputStream.readInt()的时候，就会出现大小端的数据错误。小端格式会把低字节的数据存储在低地址存储空间，而大端格式会把低字节的数据存储在高地址空间。这样以来，数据的高地位就正好颠倒了。

解决方案
这个问题的解决方案也比较容易，通过对错误数据高地位进行蝶形交换可以得到结果。对于大小端格式转换可以先做一个基于short的转换，然后对Int数据高低位分别调用short的转换即可，代码如下：

/**
* 大小端蝶形交换
*
* @param data
* 待交换的short数据
* @return 转换后的short数
*/
private static short swapShortToLittleEndian(short data)
{
short ret = (short) ((data << 8) | (data >> 8) & 0x00FF);
ret = (short) (ret & 0xFFFF);
return ret;
}

然后对于int数据可以分别对高低16位进行以上转换：

/**
* 大小端蝶形交换
*
* @param data
* 待交换的int数据
* @return 转换后的int数
*/
private static void swapIntToLittleEndian(int data)
{
int ret = swapShortToLittleEndian((short) ((data >> 16) & 0xFFFF))
| (swapShortToLittleEndian((short) data) << 16);
return ret;
}

经过以上两种函数可以将16字节、32字节的数据转为小端格式，对于64位的可以采用同样的原理。
PS：可能有朋友会对上面频繁的和0xFFFF/0xFF作与运算有些疑惑，这里也是要说的第二个问题，这个与运算是必须的，下面来说说原因

问题二：Java隐式类型转换
在Java中，对byte 的 + - * / >> >>> << & | ^ (加，减，乘，除，右移，左移，无符号右移，位与，位或，位异或)操作，均会是首先将byte转化为int, 再行运算。然后，这一过程可能导致多种问题。

解决方案
大家知道在Java中为了方便数据的处理，只存在有符号数。即用最高位来表示符号，其余位表示实际的数据。在上面大小端转换中，我们需要首先将低8位数据移到高8位，同时将高8位数据移到低8位。在左移的过程当中，右边毫无疑问是自动补0，那么直接进行移位的结果会是我们想要的结果。但是如果是右移，对于正数而言（最高位是0），也能得到正确的结果；然而如果是负数（最高位是1），此时右移的时候高位是会自动补1，当然这个可以通过运算符“>>>”来解决，但是这里还有另一个问题：当对byte移位时，系统会将其隐式转为int数据，如果是负数，那么补齐的高位数据则全为1。
如果在右移之后不和0xFF做位与，那么之后和高位数据位或拼接的时候高位会直接全为1，这也就是为什么会频繁做位与操作的原因。

综上：
1. 用Java接收C++无符号数据的时候，一定要注意大小端的转换。
2. 另外遇到移位操作，需要注意在右移之后必须将高位清零来消除错误。

以上是个人遇到的问题及自己的解决方案，如有更多方案，欢迎补充！

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