NanoPB: Jak pracovat s typy bytes v C

Viz také: Verze v C++: Jak pracovat s typy bytes v C++

NanoPB je implementace Protocol Buffers optimalizovaná na velikost kódu pro vestavěné systémy. Tento příspěvek ukazuje, jak pracovat s typy bytes v C s NanoPB.

Definice Proto

Nejprve vytvořte soubor .proto s poli bytes:

bytes.proto

syntax = "proto3";

package example;

message BytesMessage {
  bytes data = 1;
  bytes signature = 2;
}

syntax = "proto3";

package example;

message BytesMessage {
  bytes data = 1;
  bytes signature = 2;
}

Generování NanoPB kódu

Vygenerujte NanoPB kód se souborem .options pro určení velikostí bufferů bytes:

Vytvořte bytes.options:

bytes.options

example.BytesMessage.data max_size:32
example.BytesMessage.signature max_size:16

example.BytesMessage.data max_size:32
example.BytesMessage.signature max_size:16

Poté vygenerujte:

generate_nanopb_bytes.sh

protoc --nanopb_out=. bytes.proto

protoc --nanopb_out=. bytes.proto

Tím se vygenerují bytes.pb.h a bytes.pb.c.

Příklad v C s buffery pevné velikosti

Zde je kompletní příklad v C používající buffery pevné velikosti:

bytes_example.c

#include <stdio.h>
#include <stdint.h>
#include <string.h>
#include "bytes.pb.h"
#include "pb_encode.h"
#include "pb_decode.h"

int main() {
    // Buffer pro kódovanou zprávu
    uint8_t buffer[256];
    size_t message_length;
    
    // --- KÓDOVÁNÍ ---
    example_BytesMessage message = example_BytesMessage_init_zero;
    
    // Nastavení dat bytes
    const uint8_t data[] = {0x01, 0x02, 0x03, 0x04, 0x05};
    const uint8_t signature[] = {0xAA, 0xBB, 0xCC, 0xDD};
    
    message.data.size = sizeof(data);
    memcpy(message.data.bytes, data, sizeof(data));
    
    message.signature.size = sizeof(signature);
    memcpy(message.signature.bytes, signature, sizeof(signature));
    
    // Vytvoření streamu pro kódování
    pb_ostream_t ostream = pb_ostream_from_buffer(buffer, sizeof(buffer));
    
    // Kódování zprávy
    if (!pb_encode(&ostream, example_BytesMessage_fields, &message)) {
        printf("Encoding failed: %s\n", PB_GET_ERROR(&ostream));
        return 1;
    }
    
    message_length = ostream.bytes_written;
    printf("Encoded %zu bytes\n", message_length);
    
    // Výpis hex dumpu kódovaných dat
    printf("Encoded data: ");
    for (size_t i = 0; i < message_length; i++) {
        printf("%02x ", buffer[i]);
    }
    printf("\n");
    
    // --- DEKÓDOVÁNÍ ---
    example_BytesMessage decoded = example_BytesMessage_init_zero;
    
    // Vytvoření streamu pro dekódování
    pb_istream_t istream = pb_istream_from_buffer(buffer, message_length);
    
    // Dekódování zprávy
    if (!pb_decode(&istream, example_BytesMessage_fields, &decoded)) {
        printf("Decoding failed: %s\n", PB_GET_ERROR(&istream));
        return 1;
    }
    
    // Výpis dekódovaných hodnot
    printf("Decoded values:\n");
    printf("  data: ");
    for (size_t i = 0; i < decoded.data.size; i++) {
        printf("%02x ", decoded.data.bytes[i]);
    }
    printf("\n");
    printf("  signature: ");
    for (size_t i = 0; i < decoded.signature.size; i++) {
        printf("%02x ", decoded.signature.bytes[i]);
    }
    printf("\n");
    
    return 0;
}

#include <stdio.h>
#include <stdint.h>
#include <string.h>
#include "bytes.pb.h"
#include "pb_encode.h"
#include "pb_decode.h"

int main() {
    // Buffer pro kódovanou zprávu
    uint8_t buffer[256];
    size_t message_length;
    
    // --- KÓDOVÁNÍ ---
    example_BytesMessage message = example_BytesMessage_init_zero;
    
    // Nastavení dat bytes
    const uint8_t data[] = {0x01, 0x02, 0x03, 0x04, 0x05};
    const uint8_t signature[] = {0xAA, 0xBB, 0xCC, 0xDD};
    
    message.data.size = sizeof(data);
    memcpy(message.data.bytes, data, sizeof(data));
    
    message.signature.size = sizeof(signature);
    memcpy(message.signature.bytes, signature, sizeof(signature));
    
    // Vytvoření streamu pro kódování
    pb_ostream_t ostream = pb_ostream_from_buffer(buffer, sizeof(buffer));
    
    // Kódování zprávy
    if (!pb_encode(&ostream, example_BytesMessage_fields, &message)) {
        printf("Encoding failed: %s\n", PB_GET_ERROR(&ostream));
        return 1;
    }
    
    message_length = ostream.bytes_written;
    printf("Encoded %zu bytes\n", message_length);
    
    // Výpis hex dumpu kódovaných dat
    printf("Encoded data: ");
    for (size_t i = 0; i < message_length; i++) {
        printf("%02x ", buffer[i]);
    }
    printf("\n");
    
    // --- DEKÓDOVÁNÍ ---
    example_BytesMessage decoded = example_BytesMessage_init_zero;
    
    // Vytvoření streamu pro dekódování
    pb_istream_t istream = pb_istream_from_buffer(buffer, message_length);
    
    // Dekódování zprávy
    if (!pb_decode(&istream, example_BytesMessage_fields, &decoded)) {
        printf("Decoding failed: %s\n", PB_GET_ERROR(&istream));
        return 1;
    }
    
    // Výpis dekódovaných hodnot
    printf("Decoded values:\n");
    printf("  data: ");
    for (size_t i = 0; i < decoded.data.size; i++) {
        printf("%02x ", decoded.data.bytes[i]);
    }
    printf("\n");
    printf("  signature: ");
    for (size_t i = 0; i < decoded.signature.size; i++) {
        printf("%02x ", decoded.signature.bytes[i]);
    }
    printf("\n");
    
    return 0;
}

Příkaz pro kompilaci

Zkompilujte příklad s nanopb. NanoPB se typicky používá tak, že se zdrojové soubory přímo vloží do vašeho projektu:

compile_bytes_example.sh

gcc -o bytes_example bytes_example.c bytes.pb.c pb_common.c pb_encode.c pb_decode.c -I.

gcc -o bytes_example bytes_example.c bytes.pb.c pb_common.c pb_encode.c pb_decode.c -I.

Poznámka: Zdrojové soubory NanoPB (pb_common.c, pb_encode.c, pb_decode.c) je třeba kompilovat přímo s vaším projektem. Můžete je získat z NanoPB GitHub repozitáře.

Testovací skript v Pythonu

Pro ověření kódování můžete použít knihovnu protobuf v Pythonu:

test_bytes.py

import bytes_pb2

# Načtení binárních dat
with open('encoded.bin', 'rb') as f:
    data = f.read()

# Dekódování
msg = bytes_pb2.BytesMessage()
msg.ParseFromString(data)

print("Python decoded values:")
print(f"  data: {msg.data.hex()}")
print(f"  signature: {msg.signature.hex()}")

import bytes_pb2

# Načtení binárních dat
with open('encoded.bin', 'rb') as f:
    data = f.read()

# Dekódování
msg = bytes_pb2.BytesMessage()
msg.ParseFromString(data)

print("Python decoded values:")
print(f"  data: {msg.data.hex()}")
print(f"  signature: {msg.signature.hex()}")

Nejprve zkompilujte definice protobuf pro Python:

compile_python_bytes.sh

protoc --python_out=. bytes.proto

protoc --python_out=. bytes.proto

Poté upravte příklad v C tak, aby ukládal kódovaná data do souboru:

save_encoded_bytes.c

// Po kódování přidejte toto:
FILE *f = fopen("encoded.bin", "wb");
fwrite(buffer, 1, message_length, f);
fclose(f);

// Po kódování přidejte toto:
FILE *f = fopen("encoded.bin", "wb");
fwrite(buffer, 1, message_length, f);
fclose(f);

Alternativa: Bytes založené na callbackech

Pro dynamické zpracování bytes můžete použít callbacky. Vytvořte bytes_callback.options:

bytes_callback.options

# Použití callbacku pro dynamické bytes
msg.BytesMessage.data callback
msg.BytesMessage.signature callback

# Použití callbacku pro dynamické bytes
msg.BytesMessage.data callback
msg.BytesMessage.signature callback

Poté znovu vygenerujte a použijte tento přístup:

bytes_callback_example.c

#include <stdio.h>
#include <stdint.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include "bytes.pb.h"
#include "pb_encode.h"
#include "pb_decode.h"

typedef struct {
    uint8_t* data;
    size_t size;
} dynamic_bytes_t;

// Callback kodéru pro bytes
bool bytes_encode_callback(pb_ostream_t *stream, const pb_field_t *field, void * const *arg) {
    const dynamic_bytes_t* bytes = (const dynamic_bytes_t*)*arg;
    
    if (!pb_encode_tag_for_field(stream, field))
        return false;
    
    return pb_encode_string(stream, bytes->data, bytes->size);
}

// Callback dekodéru pro bytes
bool bytes_decode_callback(pb_istream_t *stream, const pb_field_t *field, void **arg) {
    dynamic_bytes_t* bytes = (dynamic_bytes_t*)*arg;
    
    // Alokace bufferu
    size_t size = stream->bytes_left;
    bytes->data = (uint8_t*)malloc(size);
    
    if (!bytes->data) {
        return false;
    }
    
    bytes->size = size;
    
    // Načtení dat do bufferu
    if (!pb_read(stream, bytes->data, size)) {
        free(bytes->data);
        bytes->data = NULL;
        bytes->size = 0;
        return false;
    }
    
    return true;
}

int main() {
    uint8_t buffer[256];
    size_t message_length;
    
    uint8_t data_array[] = {0x01, 0x02, 0x03, 0x04, 0x05};
    uint8_t signature_array[] = {0xAA, 0xBB, 0xCC, 0xDD};
    
    dynamic_bytes_t data = {data_array, sizeof(data_array)};
    dynamic_bytes_t signature = {signature_array, sizeof(signature_array)};
    
    // --- KÓDOVÁNÍ ---
    example_BytesMessage message = example_BytesMessage_init_zero;
    
    message.data.funcs.encode = bytes_encode_callback;
    message.data.arg = &data;
    message.signature.funcs.encode = bytes_encode_callback;
    message.signature.arg = &signature;
    
    pb_ostream_t ostream = pb_ostream_from_buffer(buffer, sizeof(buffer));
    
    if (!pb_encode(&ostream, example_BytesMessage_fields, &message)) {
        printf("Encoding failed: %s\n", PB_GET_ERROR(&ostream));
        return 1;
    }
    
    message_length = ostream.bytes_written;
    printf("Encoded %zu bytes\n", message_length);
    
    // --- DEKÓDOVÁNÍ ---
    example_BytesMessage decoded = example_BytesMessage_init_zero;
    dynamic_bytes_t decoded_data = {NULL, 0};
    dynamic_bytes_t decoded_signature = {NULL, 0};
    
    decoded.data.funcs.decode = bytes_decode_callback;
    decoded.data.arg = &decoded_data;
    decoded.signature.funcs.decode = bytes_decode_callback;
    decoded.signature.arg = &decoded_signature;
    
    pb_istream_t istream = pb_istream_from_buffer(buffer, message_length);
    
    if (!pb_decode(&istream, example_BytesMessage_fields, &decoded)) {
        printf("Decoding failed: %s\n", PB_GET_ERROR(&istream));
        return 1;
    }
    
    printf("Decoded values:\n");
    printf("  data: ");
    for (size_t i = 0; i < decoded_data.size; i++) {
        printf("%02x ", decoded_data.data[i]);
    }
    printf("\n");
    printf("  signature: ");
    for (size_t i = 0; i < decoded_signature.size; i++) {
        printf("%02x ", decoded_signature.data[i]);
    }
    printf("\n");
    
    // Uvolnění alokované paměti
    free(decoded_data.data);
    free(decoded_signature.data);
    
    return 0;
}

#include <stdio.h>
#include <stdint.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include "bytes.pb.h"
#include "pb_encode.h"
#include "pb_decode.h"

typedef struct {
    uint8_t* data;
    size_t size;
} dynamic_bytes_t;

// Callback kodéru pro bytes
bool bytes_encode_callback(pb_ostream_t *stream, const pb_field_t *field, void * const *arg) {
    const dynamic_bytes_t* bytes = (const dynamic_bytes_t*)*arg;
    
    if (!pb_encode_tag_for_field(stream, field))
        return false;
    
    return pb_encode_string(stream, bytes->data, bytes->size);
}

// Callback dekodéru pro bytes
bool bytes_decode_callback(pb_istream_t *stream, const pb_field_t *field, void **arg) {
    dynamic_bytes_t* bytes = (dynamic_bytes_t*)*arg;
    
    // Alokace bufferu
    size_t size = stream->bytes_left;
    bytes->data = (uint8_t*)malloc(size);
    
    if (!bytes->data) {
        return false;
    }
    
    bytes->size = size;
    
    // Načtení dat do bufferu
    if (!pb_read(stream, bytes->data, size)) {
        free(bytes->data);
        bytes->data = NULL;
        bytes->size = 0;
        return false;
    }
    
    return true;
}

int main() {
    uint8_t buffer[256];
    size_t message_length;
    
    uint8_t data_array[] = {0x01, 0x02, 0x03, 0x04, 0x05};
    uint8_t signature_array[] = {0xAA, 0xBB, 0xCC, 0xDD};
    
    dynamic_bytes_t data = {data_array, sizeof(data_array)};
    dynamic_bytes_t signature = {signature_array, sizeof(signature_array)};
    
    // --- KÓDOVÁNÍ ---
    example_BytesMessage message = example_BytesMessage_init_zero;
    
    message.data.funcs.encode = bytes_encode_callback;
    message.data.arg = &data;
    message.signature.funcs.encode = bytes_encode_callback;
    message.signature.arg = &signature;
    
    pb_ostream_t ostream = pb_ostream_from_buffer(buffer, sizeof(buffer));
    
    if (!pb_encode(&ostream, example_BytesMessage_fields, &message)) {
        printf("Encoding failed: %s\n", PB_GET_ERROR(&ostream));
        return 1;
    }
    
    message_length = ostream.bytes_written;
    printf("Encoded %zu bytes\n", message_length);
    
    // --- DEKÓDOVÁNÍ ---
    example_BytesMessage decoded = example_BytesMessage_init_zero;
    dynamic_bytes_t decoded_data = {NULL, 0};
    dynamic_bytes_t decoded_signature = {NULL, 0};
    
    decoded.data.funcs.decode = bytes_decode_callback;
    decoded.data.arg = &decoded_data;
    decoded.signature.funcs.decode = bytes_decode_callback;
    decoded.signature.arg = &decoded_signature;
    
    pb_istream_t istream = pb_istream_from_buffer(buffer, message_length);
    
    if (!pb_decode(&istream, example_BytesMessage_fields, &decoded)) {
        printf("Decoding failed: %s\n", PB_GET_ERROR(&istream));
        return 1;
    }
    
    printf("Decoded values:\n");
    printf("  data: ");
    for (size_t i = 0; i < decoded_data.size; i++) {
        printf("%02x ", decoded_data.data[i]);
    }
    printf("\n");
    printf("  signature: ");
    for (size_t i = 0; i < decoded_signature.size; i++) {
        printf("%02x ", decoded_signature.data[i]);
    }
    printf("\n");
    
    // Uvolnění alokované paměti
    free(decoded_data.data);
    free(decoded_signature.data);
    
    return 0;
}

Klíčové body

Buffery pevné velikosti: Použijte max_size v souboru .options pro jednoduchou statickou alokaci
Založené na callbackech: Použijte callback v .options pro dynamické zpracování bytes
Pevná velikost: Nastavte pole *_size a použijte memcpy pro kopírování bytes
Založené na callbackech: Implementujte callbacky pro kódování/dekódování s ruční správou paměti
Bytes jsou podobné řetězcům, ale obsahují surová binární data (bez ukončení null)
Použijte malloc/free v C pro dynamické zpracování bytes
Vždy kontrolujte velikosti bufferů pro prevenci přetečení
Nezapomeňte uvolnit alokovanou paměť v přístupu založeném na callbackech

Kdy použít který přístup

Buffery pevné velikosti: Pokud znáte maximální velikost bytes a chcete jednoduchý kód
Založené na callbackech: Pokud je velikost bytes proměnlivá nebo potřebujete dynamickou alokaci paměti

Očekávaný výstup

bytes_expected_output.txt

Encoded 14 bytes
Encoded data: 0a 05 01 02 03 04 05 12 04 aa bb cc dd 
Decoded values:
  data: 01 02 03 04 05 
  signature: aa bb cc dd 

Encoded 14 bytes
Encoded data: 0a 05 01 02 03 04 05 12 04 aa bb cc dd 
Decoded values:
  data: 01 02 03 04 05 
  signature: aa bb cc dd

Rozdíly oproti C++

Verze v C je téměř identická s verzí v C++, s klíčovými rozdíly:

Použijte malloc/free místo std::vector pro dynamické bytes
Vyžadována ruční správa paměti (žádné destruktory)
Použijte strukturu pro obal dynamických bytes místo std::vector
Nezapomeňte uvolnit alokovanou paměť po použití
Žádná automatická správa paměti v C

Případy použití pro bytes

Binární data (obrázky, zvuk atd.)
Kryptografické podpisy
Surová data ze senzorů
Vlastní binární protokoly
Jakákoliv data, která by neměla být interpretována jako text

Další příspěvky o NanoPB

Podívejte se na podobné články podle kategorie: Embedded, C/C++, Protocol Buffers

Pokud vám tento článek pomohl, zvažte, zda mi nekoupíte kávu nebo nepřispějete přes PayPal na podporu výzkumu a publikování nových článků na TechOverflow

Buy me a coffee