网络数据包有效负载数据应该在适当的边界上对齐吗？

Question

如果您将以下类作为网络数据包负载:

class Payload {char field0; int field1; char field2; int field3; };

在通过套接字接收数据时,使用像Payload这样的类是否会使数据的接收者容易出现对齐问题？我认为该类要么需要重新排序,要么添加填充以确保对齐.

要么重新排序:

class Payload
{
    int  field1;
    int  field3;
    char field0;
    char field2;
};

或添加填充:

class Payload
{
    char  field0;
    char  pad[3];
    int   field1;
    char  field2;
    char  pad[3];
    int   field3; 
};

如果由于某种原因重新排序没有意义,我认为添加填充将是首选,因为它会避免对齐问题,即使它会增加类的大小.

您对网络数据中的这种对齐问题有什么经验？

Answer 1

正确,盲目地忽略对齐可能会导致问题.即使在相同的操作系统上,如果使用不同的编译器或不同的编译器版本编译了2个组件.

最好......
1)通过某种序列化过程传递数据.
2)或者单独传递每个原语,同时仍然注意字节排序== Endianness

一个好的起点是Boost Serialization.

Answer 2

您应该研究Google protocol buffers，或像另一位海报所说的 Boost::serialize 。

如果您想自己推出，请正确操作。

如果您使用 stdint.h 中的类型（即：uint32_t, int8_t,等），并确保每个变量都具有“本机对齐”（意味着其地址可被其大小整除（int8_ts 可以在任何地方，uint16_ts 位于偶数地址上，uint32_ts 位于地址上）可被 4 整除），您不必担心对齐或打包问题。

在之前的工作中，我们通过 XML 定义的数据总线（以太网、CANbus、byteflight 或串行端口）发送所有结构。有一个解析器可以验证结构内变量的对齐情况（如果有人编写了错误的 XML，则会发出警报），然后为各种平台和语言生成头文件以发送和接收结构。这对我们来说非常有效，我们永远不必担心手写代码来进行消息解析或打包，并且保证所有平台都不会出现愚蠢的小编码错误。我们的一些数据链路层的带宽非常有限，因此我们实现了位字段之类的东西，并让解析器为每个平台生成正确的代码。我们还有枚举，这非常好（你会惊讶地发现，对于人类来说，手动搞砸枚举上的位域编码是多么容易）。

除非你需要担心它在带有 C 的 8051 和 HC11 上运行，或者在带宽非常受限的数据链路层上运行，否则你不会想出比协议缓冲区更好的东西，你只会花很多时间尝试与他们平起平坐。