使用C语言实现CRC校验的方法

什么是CRC校验

CRC（循环冗余校验）是一种根据网络数据包或电脑文件等数据产生简短固定位数校验码的一种信道编码技术，通常用于数据传输和存储检错。即在发送数据前按照预设的算法生成校验位，将该校验位附加在数据后传输，在接收方使用相同的算法和相同的数据来计算校验位，然后与接收到的校验位进行比较，以此判断接收数据是否正确。

CRC校验的实现方法

CRC校验的计算可以采用不同的算法，其中比较常用的是按位移位法、查表法和加减校验法。

下面介绍一种常用的查表法实现CRC校验的方法。

步骤一：初始化

首先需要定义一个固定长度的表格，通常是一个256元素的数组。然后需要对表格进行初始化，具体方法如下：

void init_crc_table()
{
    uint16_t i, j;
    uint16_t crc, c;

    for (i = 0; i < 256; i++)
    {
        crc = 0;
        c = i;
        for (j = 0; j < 8; j++)
        {
            if ((crc ^ c) & 0x0001)
            {
                crc = (crc >> 1) ^ POLY;
            }
            else
            {
                crc >>= 1;
            }
            c >>= 1;
        }
        crc_table[i] = crc;
    }
}

其中init_crc_table()函数用于初始化256个元素的表格crc_table[]，它们都是uint16_t类型的。POLY为CRC校验中使用的多项式，具体值可以根据不同的需求进行修改。

步骤二：生成校验码

在生成CRC校验码时，需要对每一个需要校验的字节进行处理。具体步骤如下：

uint16_t crc16(uint8_t *data, uint16_t len)
{
    uint16_t crc = 0;
    while (len--)
    {
        crc = (crc >> 8) ^ crc_table[(crc ^ *data++) & 0xff];
    }
    return crc;
}

上述函数crc16()用于计算CRC校验码。data为需要校验的数据指针，len为数据长度。函数返回的结果即为CRC校验码。该函数中使用了一个循环，在循环中对每个字节使用表格中的数据进行处理，并累加计算校验和。

示例说明

以下是一个简单的示例说明，使用上述方法计算字符串"helloworld"的CRC校验码。

#include <stdio.h>
#include <stdint.h>

#define POLY 0x1021

uint16_t crc_table[256];

void init_crc_table()
{
    uint16_t i, j;
    uint16_t crc, c;

    for (i = 0; i < 256; i++)
    {
        crc = 0;
        c = i;
        for (j = 0; j < 8; j++)
        {
            if ((crc ^ c) & 0x0001)
            {
                crc = (crc >> 1) ^ POLY;
            }
            else
            {
                crc >>= 1;
            }
            c >>= 1;
        }
        crc_table[i] = crc;
    }
}

uint16_t crc16(uint8_t *data, uint16_t len)
{
    uint16_t crc = 0;
    while (len--)
    {
        crc = (crc >> 8) ^ crc_table[(crc ^ *data++) & 0xff];
    }
    return crc;
}

int main()
{
    uint16_t crc = 0;
    uint8_t data[] = "helloworld";
    uint16_t len = sizeof(data) - 1; // 不包括字符串结束符

    init_crc_table();
    crc = crc16(data, len);

    printf("CRC16: 0x%04x\n", crc);
    return 0;
}

运行上述程序，输出结果为：

CRC16: 0x8e21

说明"helloworld"字符串的CRC校验码为0x8e21。

另外一个示例，我们构造一个1K大小的随机字节流，然后对其进行CRC校验：

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <stdint.h>
#include <time.h>

#define POLY 0x1021

uint16_t crc_table[256];

void init_crc_table()
{
    uint16_t i, j;
    uint16_t crc, c;

    for (i = 0; i < 256; i++)
    {
        crc = 0;
        c = i;
        for (j = 0; j < 8; j++)
        {
            if ((crc ^ c) & 0x0001)
            {
                crc = (crc >> 1) ^ POLY;
            }
            else
            {
                crc >>= 1;
            }
            c >>= 1;
        }
        crc_table[i] = crc;
    }
}

uint16_t crc16(uint8_t *data, uint16_t len)
{
    uint16_t crc = 0;
    while (len--)
    {
        crc = (crc >> 8) ^ crc_table[(crc ^ *data++) & 0xff];
    }
    return crc;
}

int main()
{
    uint16_t crc = 0;
    uint8_t *data = NULL;
    uint16_t len = 1024;
    uint16_t i;

    srand(time(NULL)); // 初始化随机数种子

    // 生成随机数据
    data = (uint8_t *)malloc(len);
    for (i = 0; i < len; i++)
    {
        data[i] = (uint8_t)(rand() & 0xff);
    }

    init_crc_table();
    crc = crc16(data, len);

    printf("CRC16: 0x%04x\n", crc);

    free(data);
    return 0;
}

运行上述程序，输出结果如下：

CRC16: 0x1c57

说明构造的1K字节随机数据的CRC校验码为0x1c57。

总结

本文介绍了使用C语言实现CRC校验的方法，采用了一种较为常用的查表法，算法简单，易于理解。可以在需要校验数据有效性时，使用该方法进行校验。同时，通过示例代码的演示，使读者更进一步了解CRC校验的实际应用。