嵌入式C語言中如何判斷數(shù)據(jù)是否損壞

C語言中的結(jié)構(gòu)體是非常有用的復(fù)合數(shù)據(jù)類型，正是有了結(jié)構(gòu)體，C語言在描述復(fù)雜問題時(shí)才能夠得心應(yīng)手。事實(shí)上，當(dāng)初 Dennis Ritchie 開發(fā)C語言用于替換 B 語言，其中一個(gè)主要原因就是 B 語言不支持“結(jié)構(gòu)體”式數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。

例如，利用C語言描述人的身高、體重、年齡、性別、姓名時(shí)，使用結(jié)構(gòu)體時(shí)非常方便的，相關(guān)C語言代碼可以如下定義：struct person{float height;float weight;int age;char gender;char name[128];};上面的C語言代碼定義了 person 結(jié)構(gòu)體，用于描述要求統(tǒng)計(jì)的每個(gè)人信息。一般來說，統(tǒng)計(jì)信息常常需要記錄在磁盤里，如果這些信息比較重要，往往還需要記錄不止一份。這樣在數(shù)據(jù)損壞時(shí)，可以從備份將損壞數(shù)據(jù)修復(fù)。

但是，C語言程序怎么能知道存在磁盤里的數(shù)據(jù)有沒有損壞呢？這其實(shí)就需要借助于校驗(yàn)了，一個(gè)非常常用的校驗(yàn)方法是 crc32 校驗(yàn)。crc32 校驗(yàn)可以根據(jù)一段長(zhǎng)度（若干字節(jié)）的數(shù)據(jù)生成一個(gè) 32bit 的數(shù)，理想情況下，數(shù)據(jù)不同，生成的校驗(yàn)值也不同。

所以上面的 person 結(jié)構(gòu)體最好加上一個(gè)成員 crc32，相關(guān)C語言代碼如下，請(qǐng)看：struct person{float height;float weight;int age;char gender;char name[128];int crc32;};person 結(jié)構(gòu)體假設(shè) int 類型占 4 字節(jié)內(nèi)存空間。

這樣在記錄數(shù)據(jù)的時(shí)候，先計(jì)算出這段數(shù)據(jù)的 crc32 校驗(yàn)值，然后將數(shù)據(jù)和 crc32 校驗(yàn)值一起存儲(chǔ)。以后讀取數(shù)據(jù)時(shí)，可以再計(jì)算一次 crc32 校驗(yàn)值，并與原先記錄的舊 crc32 校驗(yàn)值比較，若相等，則可以認(rèn)為數(shù)據(jù)沒有損壞；若不相等，就說明數(shù)據(jù)損壞，可以啟動(dòng)數(shù)據(jù)修復(fù)邏輯了。

上面這種判斷數(shù)據(jù)是否損壞的方法，其實(shí)是有可能誤判（現(xiàn)實(shí)與理想總是有差距）的，但是幾率比較小，因此 crc32 仍然是一個(gè)不錯(cuò)的數(shù)據(jù)校驗(yàn)方法。計(jì)算 crc32 的方法不是本節(jié)的重點(diǎn)，而且網(wǎng)絡(luò)上資源很多。這里直接假設(shè)獲取一段數(shù)據(jù)的 crc32 校驗(yàn)值的函數(shù)的原型如下，請(qǐng)看C語言代碼：int get_crc32(char *buf, int size);此時(shí)，計(jì)算 person 的校驗(yàn)值的C語言代碼似乎可以這么寫：char buf[256];int size = 0;memcpy(buf, s.height);size += sizeof(s.height);memcpy(buf+size, s.weight);...size += sizeof(gender);memcpy(buf+size, s.name);size += sizeof(name);s.crc32 = get_crc32(buf, size)。

因此，計(jì)算結(jié)構(gòu)體的校驗(yàn)值的代碼一般都不像上面那樣寫，那該怎么寫呢？如果能夠直接獲取 crc32 成員在結(jié)構(gòu)體 test 中的偏移量 offset，那計(jì)算校驗(yàn)值的C語言代碼就很好寫了：s.crc32 = get_crc32(&s, offset);那么，offset 等于多少呢？很多C語言初學(xué)者會(huì)認(rèn)為：offset = sizeof(s.height)+sizeof(s.height)+...+sizeof(name);姑且不管這樣計(jì)算 crc32 校驗(yàn)值一樣會(huì)帶來代碼維護(hù)困難、容易出錯(cuò)又麻煩的問題。這樣計(jì)算的 offset 都不等于 crc32 成員在結(jié)構(gòu)體 test 中的偏移量，因此這樣計(jì)算校驗(yàn)值是不合適的。

我們都知道，C語言中結(jié)構(gòu)體的各個(gè)成員在內(nèi)存中其實(shí)也是先后存儲(chǔ)的，結(jié)構(gòu)體 s 的成員 crc32 肯定是排在 s 之后的，因此計(jì)算結(jié)構(gòu)體中某個(gè)成員的偏移量，其實(shí)可以采用“地址相減法”：offset = &s.crc32 - &s;s.crc32 = get_crc32(&s, offset);知道原理了，我們完全可以自己定義一個(gè)宏，用于計(jì)算結(jié)構(gòu)體某成員在結(jié)構(gòu)體中的偏移量，相關(guān)C語言代碼如下，請(qǐng)看：

#define offset(type, v) (size_t)(&(((type*)0)->v))既然結(jié)構(gòu)體成員地址減去結(jié)構(gòu)體地址就等于該成員的偏移量，那如果結(jié)構(gòu)體地址為 0，該成員的地址就恰好等于它在結(jié)構(gòu)體中的偏移量了，現(xiàn)在我們編寫測(cè)試用例，相關(guān)C語言代碼如下，請(qǐng)看：#include struct test{char a;double b;int c;};#define offset(type, v) (size_t)(&(((type*)0)->v))int main(){struct test s;printf("%ld %ld %ld\n", offset(struct test, a),offset(struct test, b),?offset(struct test, c));return0;}。

編譯并執(zhí)行這段C語言代碼，得到如下結(jié)果：# gcc t.c# ./a.out?0816一切與預(yù)期一致?，F(xiàn)在利用 offset 宏計(jì)算結(jié)構(gòu)體 person 的校驗(yàn)值就方便了，請(qǐng)看下面的C語言代碼：s.crc32 = get_crc32(&s, offset(struct test, crc32));而且，無論以后如何調(diào)整 person 的成員，刪除也好，新增也好，只要保證 crc32 是它的最后一個(gè)成員，計(jì)算校驗(yàn)值的代碼就無需改動(dòng)，這樣的C語言代碼維護(hù)起來也是非常的省心的。

在C語言程序開發(fā)中，若需記錄在磁盤中的數(shù)據(jù)非常重要，則應(yīng)該保存不止一份，這樣才能在盡可能的確保數(shù)據(jù)不損壞。關(guān)于如何判斷數(shù)據(jù)是否損壞，本節(jié)介紹了一種常用的 crc32 校驗(yàn)法，在此基礎(chǔ)上，討論了一種計(jì)算結(jié)構(gòu)體成員偏移量的方法，并將其封裝成宏，特別有利于之后C語言代碼的維護(hù)。