簡介：?摘要：本文研究了數據存儲格式中大尾小尾問題，根據此原理解決了Java程序和C/C++通訊及讀取服務器端文件時的數據移植問題。

問題起源

該問題起源于筆者設計的基于Web的遠程測控系統。它的基本原理是：服務器端運行一VC編制的服務器程序，客戶端使用Java applet；VC服務器程序接收到Java applet發送的命令后，采集各種信息，并將所有數據發向applet，實現了基于Web的遠程溫度、加速度的實時監控。

VC程序和Applet之間的通訊方式采用了基于TCP/IP協議的socket通訊，筆者不準備在socket的通訊本身進行過多的講述，而將重點研究實時通訊中涉及到的數據移植問題。

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數據移植的原因及其解決

基于Web的測試軟件是由C++數據采集服務器程序和客戶端Java顯示程序兩部分構成，前者用C++，后者Java語言，存在數據移植問題。因為在計算機系統中，當包含數字的二進制文件從一個結構移到另一結構時，就出現大尾小尾問題。不同CPU在多字節數（如四字節int）存儲時有兩種方法，一種方法叫小尾（little_endian），數據的低字節被放置在連續存儲區的首位，另一種方法叫大尾（big_endian），數據的高字節被放置在連續存儲區的首位。Intel 80×86家族處理器是最后一個仍然堅持小尾的主要結構。所有其他的CPU結構（Motorola 680×0和所有RISC芯片）或者是純粹的大尾或者是既適應大尾也適應小尾，大尾被認為是更符合邏輯的方法）。當數字由小尾處理器寫入文件然后又由大尾處理器讀取（或者倒過來）時，數字就會被搞亂（除了0和-1）。

運用C++或C語言，數據在文件中的存儲形式是與處理器相關的，這使得簡單的數據文件的移植成為一個大問題。而Java作為平臺獨立語言，所有的數據都是以大尾形式存儲到文件中，Java語言本身產生的數據文件無移植問題。但是它在與C/ C++通訊時還應注意，

舉個例子：float型數據1.5在VC程序和Java程序中的表示如下：

數值	在c++或c程序中的字節表示	在java程序中的字節表示
1.5	00111111 11000000 00000000 00000000	00000000 00000000 11000000 00111111

byte[] data＝new byte[4]; length=in.read(data,0,data.length);//將服務器發送的字節流讀入并存入data數組 DataInputStream huin = new DataInputStream(new ByteArrayInputStream(data)); float f = huin.readFloat(); //將1.5讀出

但是，f并不等于1.5，必須將data接收到的字節流進行數據移植（小尾排序方式改為大尾排序），data[0]的值和data[3]值互換，data[1]的值和data[2]的值互換。

byte[] data＝new byte[4]; length=in.read(data,0,data.length);//將服務器發送的字節流讀入并存入data數組 byte b1； b1=data[0]; data[0]=data[3]; data[3]=b1; b1=data[1]; data[1]=data[2]; data[2]=b1; DataInputStream huin = new DataInputStream(new ByteArrayInputStream(data)); float f = huin.readFloat(); //將1.5讀出

這樣，得到了正確的結果。

筆者針對此問題設計了一個數據移植類WindowsStream，它的作用是把C/C++格式的數據轉換成Java格式數據，使得Java程序可以讀取C/C++發送的數據和文件。該類將各種數據類型讀入緩沖中（逐個字節讀），然后在緩沖區中改變字節的排序方式，其源程序如下：

class WindowStream extends FilterInputStream { public WindowStream(InputStream in) { super(in); } public final byte readByte() throws IOException { int a=in.read(); return (byte)(a); } public final short readShort() throws IOException { InputStream in=this.in; int a1=in.read(); int a2=in.read(); return (short)((a2<<8)+a1); } public final int readInt() throws IOException { InputStream in=this.in; int a1=in.read(); int a2=in.read(); int a3=in.read(); int a4=in.read(); return ((a4<<24)+(a3<<16)+(a2<<8)+a1); } public final long readLong() throws IOException { InputStream in=this.in; return ((long)readInt()<<32)+(readInt()&0xFFFFFFFFL); } public final float readFloat() throws IOException { return Float.intBitsToFloat(readInt()); } public final double readDouble() throws IOException { return Double.longBitsToDouble(readLong()); } }

配合本Java客戶程序（其源程序見最后）的UDP服務器程序（服務端口8888）（該程序可以在ftp//202.114.6.107/incoming處下載或E_mailTome：windgf@263.net），在接收到客戶端命令（此處設為“DAT”）后，將向客戶端返回2K byte型數據，Java客戶端使用UdpData的read方法接收。read方法中host表示運行UDP服務器程序的IP地址，buffer用于存儲接收到的數據，ch1用于存儲轉換后的short型數據，下面這個程序片斷簡要演示了UdpData的用法。

... host=getCodeBase().getHost(); UdpData udph1=new UdpData(); ... udp1.read(host,buffer,x1); ch=1; fre=11025; len=1024; bit=16; ... UdpData的源程序： class UdpData { public UdpData(){} public void read(String host,byte[] buffer,short[] ch1) { int i,len=0; InputStream in; OutputStream out; Socket server; try { String str="DAT"; byte[] order=str.getBytes(); server=new Socket(host,8888,false); in=server.getInputStream(); out=server.getOutputStream(); out.write(order,0,order.length); out.flush(); len=in.read(buffer); server.close(); } catch(Exception e) { len=0; } try { WindowStream input=new WindowStream(new ByteArrayInputStream(buffer)); for(i=0;i<1024;i++) ch1[i]=input.readShort(); } catch(Exception e) { } } }

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服務器端.wav文件的讀取

Java和C++程序在寫文件時也使用了不同的數據格式，所以，Java程序不能從C++程序創建的文件直接讀取二進制數據。在讀取服務器端的.wav文件時，同樣涉及到數據移植的問題，.wav的文件結構具有如下：

char r[4]; long int fs; char w[8]; long int hs; short int p,ch; long int hz,bhz; short int b,bit; char d[4]; long int ds; char *wave;

ch：記錄通道數，hz：采樣頻率，bit：模數轉換的位數，ds：文件的長度，wave：指向數據的指針。此處假定long int在C/C++中是四個字節，而在Java中為8個字節。

以下是類WavFile源文件，其read方法用于讀取.wav文件，location標識.wav文件的URL，buffer是用于存儲原始數據的緩存，ch1和ch2分別用于存儲左右兩通道的數據，

class WavFile { public WavFile(){} public void read(URL location,byte[] buffer,short[] ch1,short[] ch2,int max,int[] par) { try { URLConnection con=location.openConnection(); DataInputStream in=new DataInputStream(con.getInputStream()); in.read(buffer); in.close(); } catch(Exception e){} int i,m,bit=0,ch=0,fre=0,len=0; try { WindowStream input=new WindowStream(new ByteArrayInputStream(buffer)); input.readLong(); input.readLong(); input.readInt(); input.readShort(); ch=input.readShort(); fre=input.readInt(); input.readInt(); input.readShort(); bit=input.readShort(); input.readInt(); len=input.readInt()*8/ch/bit; if(len>max)len=max; if(bit==16) for(i=0;i<len;i++) { ch1[i]=input.readShort(); if(ch==2) ch2[i]=input.readShort(); } if(bit==8) for(i=0;i<len;i++) { ch1[i]=(short)(input.readByte()-128); if(ch==2) ch2[i]=(short)(input.readByte()-128); } } catch(Exception e){} par[0]=ch; par[1]=fre; par[2]=len; par[3]=bit; } }

下面的程序片斷演示了如何在java程序中使用WavFile讀取.wav文件

int ch=0,len=0,fre=0,bit=0; short x1[]=new short[16385]; short x2[]=new short[16385]; byte buffer[]=new byte[64540]; int par[]=new int[5]; name＝”ding.wav”; url1=new URL(getDocumentBase(),name); WavFile h1=new WavFile(); ... h1.read(url,buffer,x1,x2,16384,par); ch=par[0]; fre=par[1]; len=par[2]; bit=par[3];

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Java演示程序

根據前面的分析，筆者設計了一Java applet程序，成功讀取服務器端.wav文件和接收UDP服務器程序發送的數據，并在applet的面版上進行顯示。

import java.awt.*; import java.applet.*; import java.net.*; import java.util.*; import java.io.*; public class read_wav_udp extends Applet { TextField tex0; Button but1,but2,but3; WavFile h1=new WavFile(); UdpData udph1=new UdpData(); int ch=0,len=0,fre=0,bit=0; double t=0,a1=0,a2=0; short x1[]=new short[16385]; short x2[]=new short[16385]; byte buffer[]=new byte[64540]; int par[]=new int[5]; public read_wav_udp(){} public void init() { Font NewFnt=new Font("Roman",Font.PLAIN,12); this.setFont(NewFnt); resize(540,300); setLayout(null); udph1=new UdpData(); tex0=new TextField(""); add(tex0); tex0.reshape(28,10,500,20); but1=new Button("Ding"); add(but1); but1.reshape(130,260,60,20); but2=new Button("Chord"); add(but2); but2.reshape(230,260,60,20); but3=new Button("UDP"); add(but3); but3.reshape(330,260,60,20); data("ding.wav"); } public boolean action(Event evt,Object o) { if(evt.target==but1) data("ding.wav"); if(evt.target==but2) data("chord.wav"); if(evt.target==but3) data1(); repaint(); return true; } public void data(String name) { URL url1; try { url1=new URL(getDocumentBase(),name); } catch(Exception e) { url1=getDocumentBase(); } h1.read(url1,buffer,x1,x2,16384,par); ch=par[0]; fre=par[1]; len=par[2]; bit=par[3]; } public void data1() { String host; host=getCodeBase().getHost(); udph1.read(host,buffer,x1); ch=1; fre=11025; len=1024; bit=16; } public void paint(Graphics g) { drawwave(g); tex0.setText("CH="+ch+",Fs="+fre+",Len="+len+",Bit="+bit); } public void drawwave(Graphics g) { int i,xx1,xx2,yy1,yy2; double ff=1,sa,la,k,mm; g.setColor(Color.lightGray); g.fillRect(0,0,600,400); g.setColor(Color.black); g.drawRect(28,40,500,200); g.drawString("A",14,50); g.drawString("-A",8,240); g.drawString("0",14,145); g.drawString("0",30,255); g.drawString("T",525,255); t=500.0/fre; if(ch==0)return; sa=la=x1[1]; for(i=1;i<500;i++) { if(sa>x1[i]) sa=x1[i]; if(la<x1[i]) la=x1[i]; } a1=Math.max(Math.abs(sa),Math.abs(la)); k=1.2*a1; ff=100/k; g.setColor(Color.red); for(i=1;i<500;i++) { xx1=28+i; yy1=(int)(140-x1[i]*ff); xx2=29+i; yy2=(int)(140-x1[i+1]*ff); g.drawLine(xx1,yy1,xx2,yy2); } if(ch==1) return; sa=la=x2[1]; for(i=1;i<500;i++) { if(sa>x2[i]) sa=x2[i]; if(la<x2[i]) la=x2[i]; } a2=Math.max(Math.abs(sa),Math.abs(la)); k=1.2*a2; ff=100.0/k; g.setColor(Color.blue); for(i=i;i<500;i++) { xx1=28+i; yy1=(int)(140-x2[i]*ff); xx2=29+i; yy2=(int)(140-x2[i+1]*ff); g.drawLine(xx1,yy1,xx2,yy2); } } } class WindowStream extends FilterInputStream { ...見前面 } class WavFile { ...見前面 } class UdpData { ...見前面 }

總結

以上是生活随笔為你收集整理的Java和C/C++程序实时通讯数据移植问题的研究的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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