C语言 CRC16计算

<think>我们正在讨论CRC16的计算方法，特别是用C语言实现的示例代码。根据引用[1]和[2]，我们可以了解到CRC16在C语言中的实现方法。引用[1]提到，CRC校验应用广泛，并对比了LRC校验。引用[2]则展示了一个主函数中调用CRC16_MODBUS函数的例子。CRC16算法有多种变体，如CRC16-CCITT、CRC16-MODBUS等，它们的主要区别在于多项式、初始值、输入输出方式等参数。下面我们将以常见的CRC16-CCITT（也称为CRC16-CCITT-FALSE，使用多项式0x1021，初始值0xFFFF）为例，提供一个标准的C语言实现。###CRC16-CCITT算法原理CRC计算基于多项式除法，将数据视为二进制系数多项式，除以一个固定的生成多项式，得到的余数就是CRC校验码。具体步骤：1.初始化一个16位的寄存器为初始值（例如0xFFFF）。2.将数据的每个字节（8位）与寄存器的当前值进行运算（通常是从高位到低位逐位处理，或者按字节查表）。3.每个字节的处理：将当前字节与寄存器的高8位异或，然后左移8位，再用这个值查表（如果使用查表法）或者逐位计算得到新的寄存器值。4.处理完所有字节后，寄存器中的值即为CRC16校验码。###直接计算法（逐位计算）直接计算法效率较低，但便于理解。以下是逐位计算的代码示例：```c#include<stdio.h>//多项式：0x1021（CRC16-CCITT）#definePOLY0x1021unsignedshortcrc16_ccitt(constunsignedchar*data,intlength){unsignedshortcrc=0xFFFF;//初始值inti,j;for(j=0;j<length;j++){crc^=(unsignedshort)data[j]<<8;//将字节移到高8位for(i=0;i<8;i++){if(crc&0x8000){crc=(crc<<1)^POLY;}else{crc<<=1;}}}returncrc;}intmain(){unsignedchartest[]="123456789";unsignedshortcrc=crc16_ccitt(test,9);printf("CRC16-CCITT:0x%04X\n",crc);//应该输出0x29B1return0;}```###查表法查表法通过预先计算每个字节的CRC值，将计算速度提升。以下是查表法的实现：```c#include<stdio.h>unsignedshortcrc16_table[256];//初始化CRC表voidinit_crc16_table(void){unsignedshortpolynomial=0x1021;unsignedshortcrc,c;inti,j;for(i=0;i<256;i++){crc=0;c=(unsignedshort)i<<8;for(j=0;j<8;j++){if((crc^c)&0x8000){crc=(crc<<1)^polynomial;}else{crc<<=1;}c<<=1;}crc16_table[i]=crc;}}unsignedshortcrc16_ccitt_fast(constunsignedchar*data,intlength){unsignedshortcrc=0xFFFF;inti;for(i=0;i<length;i++){crc=(crc<<8)^crc16_table[((crc>>8)^data[i])&0xFF];}returncrc;}intmain(){unsignedchartest[]="123456789";init_crc16_table();unsignedshortcrc=crc16_ccitt_fast(test,9);printf("CRC16-CCITT(fast):0x%04X\n",crc);//应该输出0x29B1return0;}```注意：上述查表法中，表可以预先计算好，避免每次调用都重新计算。###关于MODBUS的CRC16MODBUS使用的CRC16参数为：多项式0x8005（实际按位反转后为0xA001），初始值0xFFFF，输入输出反转。下面提供一个MODBUSCRC16的实现：```c#include<stdio.h>//MODBUSCRC16:多项式0x8005（按位反转后为0xA001），初始值0xFFFF，输入数据反转，输出反转unsignedshortcrc16_modbus(constunsignedchar*data,intlength){unsignedshortcrc=0xFFFF;inti,j;for(j=0;j<length;j++){crc^=data[j];for(i=0;i<8;i++){if(crc&1){crc=(crc>>1)^0xA001;}else{crc>>=1;}}}returncrc;}intmain(){unsignedchartest[]="123456789";unsignedshortcrc=crc16_modbus(test,9);printf("CRC16-MODBUS:0x%04X\n",crc);//应该输出0x4B37return0;}```###总结以上代码提供了三种常见的CRC16计算方法。在实际应用中，查表法效率更高，尤其适合处理大量数据。注意不同的CRC16变体有不同的参数，请根据具体需求选择。§§相关问题§§1.CRC16校验在通信协议中的应用有哪些？2.如何验证自己实现的CRC16算法是否正确？3.除了CRC16，还有哪些常用的校验算法？</think>### C语言实现CRC16计算示例代码 CRC16校验是一种广泛使用的错误检测机制，适用于通信协议（如MODBUS）、数据存储等领域。以下是几种常见的CRC16算法实现： #### 1. **CRC16-CCITT标准实现（直接计算法）** ```c #include <stdint.h> uint16_t crc16_ccitt(const uint8_t *data, uint32_t length) { uint16_t crc = 0xFFFF; // 初始值 while (length--) { crc ^= (uint16_t)(*data++) << 8; // 字节移至高8位 for (uint8_t i = 0; i < 8; i++) { if (crc & 0x8000) crc = (crc << 1) ^ 0x1021; // 多项式0x1021 else crc <<= 1; } } return crc; } ``` #### 2. **CRC16-MODBUS实现（查表法优化）** ```c // 预计算CRC表（提高效率） static const uint16_t crc16_table[256] = { 0x0000, 0xC0C1, 0xC181, 0x0140, 0xC301, 0x03C0, 0x0280, 0xC241, // ...（完整表共256项，此处省略） }; uint16_t crc16_modbus(const uint8_t *data, uint32_t len) { uint16_t crc = 0xFFFF; // MODBUS初始值 while (len--) { crc = (crc >> 8) ^ crc16_table[(crc ^ *data++) & 0xFF]; } return crc; } ``` #### 3. **CRC16-IBM实现（常用于文件校验）** ```c uint16_t crc16_ibm(const uint8_t *data, uint32_t len) { uint16_t crc = 0x0000; // 初始值 for (uint32_t i = 0; i < len; i++) { crc ^= (uint16_t)data[i]; for (uint8_t j = 0; j < 8; j++) { if (crc & 1) crc = (crc >> 1) ^ 0xA001; // 多项式0x8005的反转 else crc >>= 1; } } return crc; } ``` ### 使用示例 ```c #include <stdio.h> int main() { unsigned char test_data[] = {0x01, 0x02, 0x03, 0x04}; uint16_t result = crc16_modbus(test_data, sizeof(test_data)); printf("CRC16: 0x%04X\n", result); // 输出类似0xB1C3 return 0; } ``` ### 关键参数说明 | 算法类型 | 多项式 | 初始值 | 结果异或值 | 输入反转 | 输出反转 | |-------------|-----------|--------|-----------|---------|---------| | **CCITT** | 0x1021 | 0xFFFF | 0x0000 | 否 | 否 | | **MODBUS** | 0x8005 | 0xFFFF | 0x0000 | 是 | 是 | | **IBM** | 0x8005 | 0x0000 | 0x0000 | 是 | 是 | ### 验证建议 1. 测试标准字符串 `"123456789"`： - CRC16-CCITT 结果应为 `0x29B1` - CRC16-MODBUS 结果应为 `0x4B37`[^1] 2. 使用在线CRC计算器（如Sunshine CRC Calculator）交叉验证 > 提示：查表法比直接计算法快5-10倍，适合高性能场景[^2]。