使用C语言将ASCII明文编码为GSM短信体格式

一、背景介绍

GSM（Global System for Mobile Communications）是全球移动通信系统的简称，而GSM 03.38是GSM系统中用于短信编码的标准。GSM 03.38字符集采用7-bit编码，与ASCII的8-bit编码有所不同。为了将ASCII编码的文本转换为GSM短信格式，我们需要进行一系列的转换操作。

** 二、GSM短信内容格式解析 **

短信内容的基本构成

GSM短信的内容主要包括以下几个部分：

1. 消息头（Header）：包含短信的发送方和接收方的信息，如电话号码、短信中心等。这部分信息通常由移动网络运营商自动处理，用户无需关心。

2. 消息体（Body）：即短信的实际内容，可以是文本、数字、符号等。GSM短信的标准长度是160个字符（7-bit编码），但也可以支持更长的消息，通过连接多条短信实现。

3. 时间戳（Timestamp）：记录短信的发送或接收时间。这个时间戳对于用户了解短信的时效性非常重要。

4. 编码与字符集

GSM短信的字符集和编码方式对其内容格式有重要影响。以下是一些关键概念：

1. GSM 03.38字符集：这是一种专为GSM短信设计的字符集，包含了大多数拉丁字母、数字、标点符号和一些特殊字符。这个字符集是7-bit编码的，因此每条短信最多可以包含160个字符。
2. Unicode编码：为了支持更多语言和字符，GSM短信也可以采用Unicode编码（如UTF-8或UTF-16）。但是，Unicode编码会导致每条短信的字符数减少，因为每个字符需要更多的字节来表示。

3、长短信与连接短信

当一条短信的内容超过160个字符时，它可以被拆分成多条短信进行发送。这种拆分和重新组装的过程对于用户来说是透明的，他们只会看到一条连续的、完整的消息。这种超过160个字符的短信通常被称为“长短信”或“连接短信”。

4、特殊格式与功能

除了基本的文本消息外，GSM短信还支持一些特殊格式和功能，如：

1. 闪烁文本：通过特定的编码方式，可以使短信中的某些文本在接收方的手机上闪烁显示。
2. 铃声提示：发送方可以选择特定的铃声作为接收方收到短信时的提示音。
3. 图形和图片：虽然传统的GSM短信主要支持文本内容，但随着技术的发展，现在也可以发送包含图形和图片的彩信（MMS）。
4. 链接和嵌入数据：一些高级的短信服务还支持在短信中嵌入链接或其他数据，如位置信息、联系人卡片等。

三、转换步骤

1. 字符映射：由于ASCII和GSM 03.38字符集并不完全一致，首先需要建立一个ASCII到GSM 03.38的映射表。这个映射表将ASCII字符映射到对应的GSM 03.38字符上。
2. 7-bit编码：将每个GSM 03.38字符转换为7-bit格式。这意味着每8个字符可以压缩为7个字节。
3. 处理非GSM字符：对于不在GSM 03.38字符集中的ASCII字符，需要进行特殊处理，如替换或转义。

四、C语言实现

下面是一个使用C语言实现ASCII到GSM 03.38编码的示例代码：

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>

// ASCII到GSM 03.38的映射表（仅示例，不完整）
unsigned char asciiToGsm[128] = {
    // ... 其他字符映射
    'A', 'B', 'C', // ASCII大写字母映射到GSM大写字母
    // ... 其他字符映射
    'a', 'b', 'c', // ASCII小写字母映射到GSM小写字母
    // ... 其他特殊字符和扩展字符映射
};

// 将ASCII字符转换为GSM 03.38字符
unsigned char convertAsciiToGsm(unsigned char c) {
    if (c < 128 && asciiToGsm[c] != 0) {
        return asciiToGsm[c]; // 如果在映射表中，返回对应的GSM字符
    } else {
        return '?'; // 对于不在映射表中的字符，返回'?'作为替换字符
    }
}

// 将ASCII字符串转换为GSM格式并输出
void encodeAsciiToGsm(const char* asciiStr) {
    unsigned char* gsmStr = (unsigned char*)malloc(strlen(asciiStr) + 1); // 为GSM字符串分配内存
    for (int i = 0; asciiStr[i] != '\0'; i++) {
        gsmStr[i] = convertAsciiToGsm((unsigned char)asciiStr[i]); // 转换每个字符
    }
    gsmStr[strlen(asciiStr)] = '\0'; // 添加字符串结束符
    printf("GSM编码: %s\n", gsmStr); // 输出GSM编码的字符串
    free(gsmStr); // 释放内存
}

int main() {
    const char* asciiMessage = "Hello, World!"; // ASCII明文消息
    encodeAsciiToGsm(asciiMessage); // 将ASCII消息编码为GSM格式并输出
    return 0;
}

这段代码定义了一个convertAsciiToGsm函数，用于将单个ASCII字符转换为对应的GSM 03.38字符。encodeAsciiToGsm函数则用于处理整个字符串，并将结果输出。在main函数中，我们提供了一个示例ASCII消息，并调用encodeAsciiToGsm函数进行转换和输出。

为了将每个GSM 03.38字符转换为7-bit格式，并每8个字符压缩为7个字节，我们可以使用位操作来实现。下面是一个示例代码，展示了如何进行这种转换：

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>

// ASCII到GSM 03.38的映射表（仅示例，不完整）
unsigned char asciiToGsm[128] = {
    // ... 其他字符映射
    'A', 'B', 'C', // ASCII大写字母映射到GSM大写字母
    // ... 其他字符映射
    'a', 'b', 'c', // ASCII小写字母映射到GSM小写字母
    // ... 其他特殊字符和扩展字符映射
};

// 将ASCII字符转换为GSM 03.38字符
unsigned char convertAsciiToGsm(unsigned char c) {
    if (c < 128 && asciiToGsm[c] != 0) {
        return asciiToGsm[c]; // 如果在映射表中，返回对应的GSM字符
    } else {
        return '?'; // 对于不在映射表中的字符，返回'?'作为替换字符
    }
}

// 将GSM 03.38字符串转换为7-bit编码格式
void encodeGsm7Bit(const unsigned char* gsmStr, unsigned char* encodedData) {
    int length = strlen((const char*)gsmStr); // 获取字符串长度
    int septetsCount = (length * 7 + 7) / 8; // 计算需要的7-bit单元数量
    int byteIndex = 0; // 当前字节的索引
    unsigned char currentByte = 0; // 当前正在构建的字节
    int bitIndex = 0; // 当前字节中的位索引

    for (int i = 0; i < length; i++) {
        unsigned char gsmChar = gsmStr[i]; // 获取当前GSM字符
        for (int j = 0; j < 7; j++) {
            unsigned char bit = (gsmChar >> (6 - j)) & 0x01; // 获取当前字符的第j位
            currentByte |= bit << bitIndex; // 将位添加到当前字节中
            bitIndex++; // 增加位索引
            if (bitIndex == 7) { // 如果当前字节已满
                encodedData[byteIndex++] = currentByte; // 存储当前字节到编码数据中
                currentByte = 0; // 重置当前字节
                bitIndex = 0; // 重置位索引
            }
        }
    }

    if (bitIndex > 0) { // 处理剩余的位（如果有）
        encodedData[byteIndex++] = currentByte; // 存储剩余的字节到编码数据中
    }
}

int main() {
    const char* asciiMessage = "Hello, World!"; // ASCII明文消息
    unsigned char* gsmStr = (unsigned char*)malloc(strlen(asciiMessage) + 1); // 为GSM字符串分配内存
    for (int i = 0; asciiMessage[i] != '\0'; i++) {
        gsmStr[i] = convertAsciiToGsm((unsigned char)asciiMessage[i]); // 转换每个字符
    }
    gsmStr[strlen(asciiMessage)] = '\0'; // 添加字符串结束符

    printf("GSM编码: %s\n", gsmStr); // 输出GSM编码的字符串

    int septetsCount = (strlen((const char*)gsmStr) * 7 + 7) / 8; // 计算需要的7-bit单元数量
    unsigned char* encodedData = (unsigned char*)malloc(septetsCount); // 为编码数据分配内存
    encodeGsm7Bit(gsmStr, encodedData); // 将GSM字符串转换为7-bit编码格式

    printf("7-bit编码: "); // 输出7-bit编码的数据
    for (int i = 0; i < septetsCount; i++) {
        printf("%02X ", encodedData[i]); // 以十六进制格式输出每个字节
    }
    printf("\n");

    free(gsmStr); // 释放内存
    free(encodedData); // 释放内存
    return 0;
}

在这个示例代码中，encodeGsm7Bit函数将GSM 03.38字符串转换为7-bit编码格式。它遍历每个GSM字符，并将其转换为7个位，然后将这些位添加到当前正在构建的字节中。当当前字节满时，将其存储到编码数据中，并重置当前字节和位索引。最后，处理剩余的位（如果有）并将其存储到编码数据中。在main函数中，我们首先将ASCII消息转换为GSM字符串，然后调用encodeGsm7Bit函数进行7-bit编码，并输出编码结果。

请注意，这个示例代码仅用于演示目的，实际的转换过程可能更加复杂，需要考虑更多的细节和异常情况。