通信协议报错？由字节对齐引发的一场“血案”

最近在搞个网络通信协议，采用socket udp传输，运行时，居然报段错误了，经过debug，发现居然是因为字节对齐问题导致的。

这个问题在实现通信协议，是经常会遇到的问题，为了方便读者理解，我把内容做了简化，分享给大家。

1、协议说明

通信协议信令格式如下：

typedef struct protocol_msg_s{
 UINT8 msgType;
 UINT8 data1;
 UINT8 data2;
 UINT16 len;
 char data[100];
}PRO_MSG;

根据协议格式，我造了一个数据frm，代表我收到的某个信令，

 UCHAR frm[]={0x12,0x34,0x56,0x00,0x07,0x01,0x02,0x03,0x04,0x05,0x06,0x07};

根据协议，信令的字段与原始帧对应关系如下

于是我实现了一个简单的解析代码【该代码有问题】

int main(int argc, char **argv)
{
 int ret;
 int frm_len = 0;
 UINT8 frm[]={0x12,0x34,0x56,0x00,0x07,0x01,0x02,0x03,0x04,0x05,0x06,0x07};


 PRO_MSG *pmsg = (PRO_MSG *)frm;

 printf("devType:%02x data1:%02x data2:%02x len:%04x n",
   pmsg->msgType,
   pmsg->data1,
   pmsg->data2,
   pmsg->len);
}

编译运行后，其中len的值居然是0107，而不是0007

这其实就是因为编译器采用了字节对齐导致的，

在给pmsg->len赋值时，因为需要2个字节，

这两个字节是frm[3]、frm[4]这正好分布在两个字里，

编译器忽略了frm[3],最终将frm[4]、frm[5]合在一起赋值给了pmsg->len

为什么有字节对齐？

简单的说内存对齐能够提高 cpu 读取数据的速度，减少 cpu 访问数据的出错性（有些 cpu 必须内存对齐，否则指针访问会出错）。

原因找打了，下面就是解决了。

2、解决办法

1. 方法1 #pragma pack()

该预处理指令用来改变对齐参数。在缺省情况下，C编译器为每一个变量或数据单元按其自然对界条件分配空间。一般地，可以通过下面的方法来改变缺省的对齐参数：

使用伪指令#pragma pack (n)，C编译器将按照n字节对齐。

使用伪指令#pragma pack ()，取消自定义字节对齐方式。

完整代码

#include <stdio.h>
#include <string.h>
typedef unsigned char UINT8;
typedef unsigned short UINT16;

#define MAX_FRM_DATA_LEN 100
#pragma pack(1)
typedef struct protocol_msg_s{
 UINT8 msgType;
 UINT8 data1;
 UINT8 data2;
 UINT16 len;
 char data[MAX_FRM_DATA_LEN];
}PRO_MSG;
#pragma
int main(int argc, char **argv)
{
 int ret;
 int frm_len = 0;
 UINT8 frm[]={0x12,0x34,0x56,0x00,0x07,0x01,0x02,0x03,0x04,0x05,0x06,0x07};

 PRO_MSG *pmsg = (PRO_MSG *)frm;

 printf("devType:%02x data1:%02x data2:%02x len:%04x n",
   pmsg->msgType,
   pmsg->data1,
   pmsg->data2,
   pmsg->len);
}

2. 方法2

老老实实将收到的数据帧逐字节解析，

并填充到struct protocol_msg_s

#include <stdio.h>
#include <string.h>
typedef unsigned char UINT8;
typedef unsigned short UINT16;

#define MAX_FRM_DATA_LEN 100

typedef struct protocol_msg_s{
 UINT8 msgType;
 UINT8 data1;
 UINT8 data2;
 UINT16 len;
 char data[MAX_FRM_DATA_LEN];
}PRO_MSG;

int frm_parse(PRO_MSG *pmsg,UINT8 buf[],int len)
{
 int pos=0;
 pmsg->msgType = buf[pos];
 pos++;
 pmsg->data1 = buf[pos];
 pos++; 
 pmsg->data2 = buf[pos];
 pos++;
 pmsg->len = buf[pos]<<8 | buf[pos+1]<<0;
 pos+=2; 

 if(pmsg->len>MAX_FRM_DATA_LEN)
 {
  printf("frm len is longer than 100n");
  return -1;
 }
 memcpy(pmsg->data,&buf[pos],pmsg->len);
 return 0;
}
int maini(int argc, char **argv)
{
 int ret;
 int frm_len = 0;
 UINT8 frm[]={0x12,0x34,0x56,0x00,0x07,0x01,0x02,0x03,0x04,0x05,0x06,0x07};



 PRO_MSG msg;
 PRO_MSG *pmsg = &msg;

 frm_len = sizeof(frm);
 ret = frm_parse(pmsg,frm,frm_len);
 if(ret<0)
 {
  printf("frm_parse failn");
  return -1;
 }

 printf("devType:%02x data1:%02x data2:%02x len:%04x n",
   pmsg->msgType,
   pmsg->data1,
   pmsg->data2,
   pmsg->len);
 return 0;
}