P4语法（1）基础数据类型和Header

文章学习自：P4语言编程详解

由于原文有一点的年份，所以也继续阅读了相关的最新规范。

P4语言规范

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基础数据类型

布尔型（bool）

运算符	描述
and	双目运算符，结果为布尔型
or	双目运算符，结果为布尔型
not	单目运算符，结果为布尔型
==，!=	相等或不等，结果为布尔型

无符号整型（bit）

又称之为位串（bit-string），对位串进行数学运算的时候，位串长度必须是8的整数倍。

运算符	描述
＝＝，！＝	是否相等或不等，运算结果为布尔型。
<，>，<=，>=	无符号数比较，操作数的长度（W）要求相同，运算结果为布尔型。
&，｜，^	按位运算符（分别是与，或和异或），操作数的长度（W）要求相同，运算结果为无符号整型。
～	运算结果为操作数的补码。
<<，>>	左移运算符操作数为无符号整型，右移运算符操作数必须是无符号数或非负整数。此运算符为逻辑位移。
+（单目）	单目加运算，效果同no-op。（无意义）
-（单目）	单目减运算，计算结果为2W减去操作数，W为操作数长度。
+（双目）	二目加运算，操作数的长度（W）要求相同。计算结果为操作数的算术和，且运算结果长度也必须为W，超过则截断。
-（双目）	二目减运算，操作数的长度（W）要求相同。计算结果为操作数的算术差。
*	无符号乘法运算，操作数的长度（W）要求相同，计算结果为无符号数且长度与操作数相等。

有符号整数型（int（W））

大致与无符号整数相同

运算符	描述
-（单目）	单目减运算，运算结果伟有符号整型，长度和操作数相等
+（双目）	二目加运算，操作数数据类型必须相同，运算结果也为同类型。
-（双目）	二目减运算，操作数数据类型必须相同，运算结果也为同类型。
*	有符号乘法运算，操作数的长度（W）要求相同，计算结果为有符号数且长度与操作数相等。

变长位串（varbit）

该数据类型，不支持算术、比较和位运算，也不支持类型转换，该数据类型在定义时会指定一个静态的最大宽度值，解析器会提取变长位串数据并设置一个值作为长度。

无限精度整型（int）

运算符	描述
＝＝，！＝	是否相等或不等，运算结果为布尔型。
<，>，<=，>=	有符号数比较，运算结果为布尔型。
<<，>>	右移运算符操作数必须为正整数；左移运算结果和操作数相同。a<<b等价于ax2b，a>>b等价于a/2b。
+（单目）	单目加运算，效果同no-op。（无意义）
-（单目）	单目减运算，运算结果为整型，且该运算不会导致溢出。
+（双目）	二目加运算，操作数类型都必须是整型，运算结果为整型，且该运算不会导致溢出。
-（双目）	二目减运算，操作数类型都必须是整型，计算结果为整型，且该运算不会导致溢出。
*	无符号乘法运算，操作数必须都是整形，计算结果为整形，该运算不会导致溢出。
／，％	二目有符号除法和取模运算，操作数必须是正整数，运算结果为正整数。

数据类型转换

可以看出，上述的很多运算都是建立在相同数据类型的前提下，但是对于某些数据类型是不能相互转换的，p4也提供了合法的数据类型转换。

from	to	描述
bit<1>	bool	0代表false，1代表true（中括号里的1代表的是字节数，不是0和1，下同）
bool	bit<1>	同上
bit<w>	int<w>	保留所有比特位不变
int<w>	bit<w>	同上
bit<w>	bit<w>	当w>w1时，保留低位w1位长度的数据，小于时新增位补0
int<w>	int<w>	当W>W1时，保留低位W1长度的数字，当W<W1时新增位补符号位.(补符号位？)
int	bit<w>	保留低位W位长度数据，溢出需要发出警告并转化为负数。
int	intt<w>	保留低位W位长度数据，溢出需要发出警告。

这些属于显式类型转换，p4中同样存在隐式类型转换，在运算中会进行强制转换，这个和大部分语言类似。也容易发生溢出错误。

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基础语言组件

之前有学到过，p4程序主要由五个组建构成：header，parser，table，action，和controller

Header

这个类似于固定属性一样的东西，有多个成员字段，Header分为两种，一种是包头（Packet Header），一种是元数据（Metadata）。

包头

ipv4例子

header ipv4_t{
    fields{
        version:4;
        ihl:4;
        diffserv:8;
        totallen:16;
        identification:16;
        flags:3;
        fragoffset:13;
        ttl:8;
        protocol:8;
        hdrchecksum:16;
        srcaddr:32;
        dstaddr:32;
        option:*;
    }
}

里面的数字都是以bit为单位的，所以其实应该也能写成这样。

header ipv4_t{
    field{
        bit<4> version;
        bit<4> ihl;
        bit<8> diffserv;
        bit<16> totallen;
        bit<16> identification;
        bit<3> flags;
        bit<13> fragoffset;
        bit<8> ttl;
        bit<8> protocol;
        bit<16> hdrchecksum;
        bit<32> srcaddr;
        bit<32> dstaddr;
    }
}

类比写下ipv6的

header ipv6_t{
    field{
        bit<4> version;
        bit<8> trafficclass;//这个在ipv6中类似于ipv4的diffserv。
        bit<20> flowlabel;
        bit<20> payloadlen;
        bit<8> nxthdr;
        bit<8> hoplimit;
        bit<128> srcaddr;
        bit<128> dstaddr;

    }
}

元数据

元数据是用来携带数据和配置性和西，元数据的申明与包头类似，但在实例化的时候有所不同，而且包头和元数据在字段值的约束上存在一定的差别。元数据分为两种，一种是用来携带P4程序运行过程中产生的数据的用户自定义元数据（User-Defined Metadata），如首部字段的运算结果等。另一种是固有元数据（Intrinsic Metadata），用于携带交换机自身的配置信息，如数据包进入交换机时的端口号等。

struct ingress_metadata_t{

}
metadate ingress_metadata_t ingress_metadata;

有8种固有元数据，这些元数据携带了数据包相关的状态信息。

字段	描述
ingress_port	数据包的入端口，解析之前设置，只读
packet_length	数据包的字节数，当交换机在快速转发模式下，该元数据不能在动作（action）中匹配或引用。只读。
egress_spec	在入端口流水线的匹配-动作过程之后设置，指定数据包出端口，可以是物理端口、逻辑端口或者多播组。
egress_instance	用于区分复制后数据包实例的标识符。只读。
instance_type	数据包实例类型：正常（Normal）、入端口复制（ingress clone）、出端口复制（egress clone）、再循环（recirculated）。
parser_sratus	解析器解析结果，0表示无错误，其实数字代表了对应的错误类型。
parser_error_location	指向P4程序错误发生处。

注意点：

• 包头类型的长度需要字节对齐，即长度必须是8bit的整数倍。
• 包头中字段长度可以是可变值，也可以是首部中其他字段值计算后的值。而元数据中的字段长度只能是定值。
• 只有包头能够实例化成数组，元数据则不行。
• 实例化时，首部中已定义名称的字段的值会被初始化成程序中的指定值，如果首部中只定义字段名称而未指定值，字段的值将会被初始化成0。