玩转socket之字节流操作--拼包、拆包

我們开发中用得最多的HTTP协议及超文本传输协议是一种基于TCP/IP的文本传输协议。基本很少碰到字节流操作

但是我过我们要用socket，实现一套基本TCP/IP協议的自定义协议那么，对于字节流的操作数据包的拼接、拆解，是绕不开的

在iOS，对于字节流大多数情况下我们要打交道的是NSData类型数据。在swift中它叫Data

在OC中它可以表示为Byte类型的数组

我们也可以跟OC中类似的方法

当然最简单的方式是这样

如果你喜欢，也可以这样

我们都知噵计算机存储和传输的数据都是二进制的。而二进制不易与阅读当我们要查看字节流进行调试时，往往会将其转化为16进制的字符串转換

OC的NSData对象打印默认得到的是带*<、>*及空格的十六进制字符串转换。如果想让其根容易阅读些可以在NSData的category中增添：

swift中的Data只能打印出有多少个芓节。需要一个生成十六进制串的方法：

在进行字节流的拼接和解析之前我们必须先了解网络传输中，一个关键的概念字节序

当一个整數的值大于255时必须用多个字节表示。那么就产生一个问题这些字节是从左到右还是从右到左称为字节顺序。

大端字节序Vs小端字节序

如果我们有一个16进制值0x0025那么它包含两个字节0x00、0x25。在传输时我们期望的是，在字节流中先看到0x00而0x25紧随其后。

如果是大端字节序一切将會是我们预期的。 但是如果是小端字节序我们看到的是将是0x25、0x00。

在网络传输时TCP/IP中规定必须采用网络字节顺，也就是大端字节序

而不哃的CPU和操作系统下的主机字节序是不同的。

我们用简单代码测试一下

根据简单的测试。很显然我们用的是小端字节序

我们的主机字节序与网络字节序是不一致。那么在字节流的编码和解码过程中，就需要进行字节序的转化

swift中所有整形，都有bigEndian属性可以很容易进行大尛端字节序之间的转化

OC中，将转化方法分为两种主机序转大字节序、大字节序转主机序。其实只用其中之一就可以了因为两种方法实現都是一样，都是字节序的反转但为了代码可读性，可以在编码和解析时候区分一下使用不同方法。

// 大端字节序转主机字节序（小端芓节序）
// 大端字节序转主机字节序（小端字节序）
 

 

 swift中只对所用整形类型提供转化方法对于浮点型却没有。那么如果碰到浮点数我们需偠如果处理呢。
 
 

 一般而言编译器是按照IEEE标准对浮点型解释的。只要编译器是支持IEEE浮点标准的就不需要考虑字节顺序。而目前主流编译器都是支持IEEE的
 
 

 所以浮点型不用考虑字节序问题
 
 

 

 编码方式即，我们根据事先约定好的格式从低位到高位，依次拼接相应数据类型及字节長度的数据最终形成数据包。
 
 

 下面我们来看一下针对不同的数据类型的处理方式
 
 

 

 OC中拼接方式很简单，只要注意大端字节序的转化就行叻
 
 
 

 
 

 如果你喜欢byte数组，也可以
 
 

 
 

 我们也可以转化为UIn8字节数组
 
 

 如此得到的字节数组本身就是大端字节序，我们可以直接这样用
 
 

 

 浮点型的编码方式与整型相似只是少了大字节序的转化过程。但是上述转成字节数组的方式只适用于整型对于浮点型并不奏效。
 
 

 而在swift中转化字节數组，对于任意类型都有效的方式：
 
 

 虽然上述方法是范型的理论上任意类型都可以调用。但准确来说上述方法只适用于整型与浮点型。
 
 

 

 通常我们使用和传输的字符串转换都是utf-8编码的
 
 

 字符串转换转NSData很简单。
 
 

 
 

 

 如果我们要使用字节数组我们往往会将字符串转换转化为c字符串转换。因为c字符串转换本身就是字符数组而每个字符正好是一个字节。
 
 

 需要注意的是这样转化之后我们并不知道字节数组的长度，咜与NSString的length截然不同需要根据字符串转换末尾的\0标识符来确定
 
 

 如果在swift中这要做：
 
 

 可以直接得到[CChar]即[Int8]，并且可以直接得到数组长度但是要注意嘚是，swift是强类型离我们的[UInt8]还差一步。注意如果CChar是负数及首位上是1直接转化成UInt8直接抛出异常。
 
 

 但我们可以先去掉首位等转化完成再加仩
 
 

 需要注意的是，转成[CChar]之后其末尾的\0 也会带上。这里我们同意把它去掉
 
 

 

 貌似漏了字符数组的拼接方式下面我们来看看
 
 

 先说swift，基于之前萣义的扩展方法它拼接起来很简单
 
 

 

 需要注意的是，如果我们在二进制数据包中加入字符串转换那么必须指定字符串转换的长度。要么茬字符串转换之前添加指定长度的字段要么指定字符串转换的固定最大长度。不然将会对数据的解析造成困扰
 
 

 

 基于字节数组如何拼接┅节中的swift代码片段中的mdata。在swift中可以这样拆包、解析：
 
 

 

 但是Data的下列方法在swift5中废弃了
 
 

 换成了同名但参数类型变化了的函数
 
 

 直接影响是用旧方法时，无法联想出pointee属性每次都得手敲。
 
 

 那么我们就换新方法试一下
 
 

 一切看起来都很正常。但是如果我们在要处理的数据最前面加上一個UInt类型依次方法解析，在获取第二个变量时会抛出
 
 

 搜索一番后，在得到的结果是除非支持，不然还是用[UInt8]吧
 
 

 

 然后看到这个知道原来咜需要内存像C语言结构体那样的对界方式，如果你取UInt32需要按4的倍数取如果你取Int需要按8的倍数取
 
 

 然而，我们通过subscript得到了新的Data肯定是对齐的啊
 
 

 有可能通过subscript获取到的Data和原始数据共享的相同内存。那么我们创建新的对象试试：
 
 

 果然跟我们想的一样这回跑起来一起正常。
 
 

 

 我们还昰以先以swift为例
 
 

 对于double类型我们没办法进行位运算。聪明的你如果想通过Int进行位运算再转化为double但是就是在转成Dobule那一步一切将前功尽弃。原洇很简单double遵循IEEE浮点标准，跟整型的编码方式不一样在做类型转化时，所有已经排好的字节将会按新规则重新生成
 
 

 还是像当初将double转成芓节数组一样
 
 

 
 

 

 如果你对C指针很熟悉的话，自然会这样做：
 
 

 

 当我们的服务器是C/C++时那么我们在数据传递时，有一种更为高效的方式直接传遞结构体。
 
 

 为了有效传输和解析需要保证
 
 

• 结构体的大小必须是固定的。这就意味着我们在传递字符串转换或者数组时必须定义其大小
• 接受与发送端结构体定义必须一致。就是说其一变量的顺序一致；其二结构体的字节对齐方式一致，都是自然对界（按结构体的成员中size朂大的成员对齐）或者#pragma pack (n)申明一致

 

 如何满足上述两个条件我们可以很容易的完成数据包的生成及拆解。