文章學習自：P4語言編程詳解
由於原文有一點的年份，所以也繼續閱讀了相關的最新規范。
P4語言規范
基礎數據類型
布爾型（bool）
| 運算符 | 描述 |
|---|---|
| and | 雙目運算符，結果為布爾型 |
| or | 雙目運算符，結果為布爾型 |
| not | 單目運算符，結果為布爾型 |
| ==，!= | 相等或不等，結果為布爾型 |
無符號整型（bit）
又稱之為位串（bit-string），對位串進行數學運算的時候，位串長度必須是8的整數倍。
| 運算符 | 描述 |
|---|---|
| ＝＝，！＝ | 是否相等或不等，運算結果為布爾型。 |
| <，>，<=，>= | 無符號數比較，操作數的長度（W）要求相同，運算結果為布爾型。 |
| &，｜，^ | 按位運算符（分別是與，或和異或），操作數的長度（W）要求相同，運算結果為無符號整型。 |
| ～ | 運算結果為操作數的補碼。 |
| <<，>> | 左移運算符操作數為無符號整型，右移運算符操作數必須是無符號數或非負整數。此運算符為邏輯位移。 |
| +（單目） | 單目加運算，效果同no-op。（無意義） |
| -（單目） | 單目減運算，計算結果為2W減去操作數，W為操作數長度。 |
| +（雙目） | 二目加運算，操作數的長度（W）要求相同。計算結果為操作數的算術和，且運算結果長度也必須為W，超過則截斷。 |
| -（雙目） | 二目減運算，操作數的長度（W）要求相同。計算結果為操作數的算術差。 |
| * | 無符號乘法運算，操作數的長度（W）要求相同，計算結果為無符號數且長度與操作數相等。 |
有符號整數型（int（W））
大致與無符號整數相同
| 運算符 | 描述 |
|---|---|
| -（單目） | 單目減運算，運算結果偉有符號整型，長度和操作數相等 |
| +（雙目） | 二目加運算，操作數數據類型必須相同，運算結果也為同類型。 |
| -（雙目） | 二目減運算，操作數數據類型必須相同，運算結果也為同類型。 |
| * | 有符號乘法運算，操作數的長度（W）要求相同，計算結果為有符號數且長度與操作數相等。 |
變長位串（varbit）
該數據類型，不支持算術、比較和位運算，也不支持類型轉換，該數據類型在定義時會指定一個靜態的最大寬度值，解析器會提取變長位串數據並設置一個值作為長度。
無限精度整型（int）
| 運算符 | 描述 |
|---|---|
| ＝＝，！＝ | 是否相等或不等，運算結果為布爾型。 |
| <，>，<=，>= | 有符號數比較，運算結果為布爾型。 |
| <<，>> | 右移運算符操作數必須為正整數；左移運算結果和操作數相同。a<<b等價於ax2b，a>>b等價於a/2b。 |
| +（單目） | 單目加運算，效果同no-op。（無意義） |
| -（單目） | 單目減運算，運算結果為整型，且該運算不會導致溢出。 |
| +（雙目） | 二目加運算，操作數類型都必須是整型，運算結果為整型，且該運算不會導致溢出。 |
| -（雙目） | 二目減運算，操作數類型都必須是整型，計算結果為整型，且該運算不會導致溢出。 |
| * | 無符號乘法運算，操作數必須都是整形，計算結果為整形，該運算不會導致溢出。 |
| ／，％ | 二目有符號除法和取模運算，操作數必須是正整數，運算結果為正整數。 |
數據類型轉換
可以看出，上述的很多運算都是建立在相同數據類型的前提下，但是對於某些數據類型是不能相互轉換的，p4也提供了合法的數據類型轉換。
| from | to | 描述 |
|---|---|---|
| bit<1> | bool | 0代表false，1代表true（中括號里的1代表的是字節數，不是0和1，下同） |
| bool | bit<1> | 同上 |
| bit<w> | int<w> | 保留所有比特位不變 |
| int<w> | bit<w> | 同上 |
| bit<w> | bit<w> | 當w>w1時，保留低位w1位長度的數據，小於時新增位補0 |
| int<w> | int<w> | 當W>W1時，保留低位W1長度的數字，當W<W1時新增位補符號位.(補符號位？) |
| int | bit<w> | 保留低位W位長度數據，溢出需要發出警告並轉化為負數。 |
| int | intt<w> | 保留低位W位長度數據，溢出需要發出警告。 |
這些屬於顯式類型轉換，p4中同樣存在隱式類型轉換，在運算中會進行強制轉換，這個和大部分語言類似。也容易發生溢出錯誤。
基礎語言組件
之前有學到過，p4程序主要由五個組建構成：header，parser，table，action，和controller
Header
這個類似於固定屬性一樣的東西，有多個成員字段，Header分為兩種，一種是包頭（Packet Header），一種是元數據（Metadata）。
包頭
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:*;
}
}
里面的數字都是以bit為單位的，所以其實應該也能寫成這樣。
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;
}
}
類比寫下ipv6的
header ipv6_t{
field{
bit<4> version;
bit<8> trafficclass;//這個在ipv6中類似於ipv4的diffserv。
bit<20> flowlabel;
bit<20> payloadlen;
bit<8> nxthdr;
bit<8> hoplimit;
bit<128> srcaddr;
bit<128> dstaddr;
}
}
元數據
元數據是用來攜帶數據和配置性和西，元數據的申明與包頭類似，但在實例化的時候有所不同，而且包頭和元數據在字段值的約束上存在一定的差別。元數據分為兩種，一種是用來攜帶P4程序運行過程中產生的數據的用戶自定義元數據（User-Defined Metadata），如首部字段的運算結果等。另一種是固有元數據（Intrinsic Metadata），用於攜帶交換機自身的配置信息，如數據包進入交換機時的端口號等。
struct ingress_metadata_t{
}
metadate ingress_metadata_t ingress_metadata;
有8種固有元數據，這些元數據攜帶了數據包相關的狀態信息。
| 字段 | 描述 |
|---|---|
| ingress_port | 數據包的入端口，解析之前設置，只讀 |
| packet_length | 數據包的字節數，當交換機在快速轉發模式下，該元數據不能在動作（action）中匹配或引用。只讀。 |
| egress_spec | 在入端口流水線的匹配-動作過程之后設置，指定數據包出端口，可以是物理端口、邏輯端口或者多播組。 |
| egress_instance | 用於區分復制后數據包實例的標識符。只讀。 |
| instance_type | 數據包實例類型：正常（Normal）、入端口復制（ingress clone）、出端口復制（egress clone）、再循環（recirculated）。 |
| parser_sratus | 解析器解析結果，0表示無錯誤，其實數字代表了對應的錯誤類型。 |
| parser_error_location | 指向P4程序錯誤發生處。 |
注意點：
- 包頭類型的長度需要字節對齊，即長度必須是8bit的整數倍。
- 包頭中字段長度可以是可變值，也可以是首部中其他字段值計算后的值。而元數據中的字段長度只能是定值。
- 只有包頭能夠實例化成數組，元數據則不行。
- 實例化時，首部中已定義名稱的字段的值會被初始化成程序中的指定值，如果首部中只定義字段名稱而未指定值，字段的值將會被初始化成0。