NanoPB: Umgang mit String-Typen in C
Siehe auch: C++-Version: Umgang mit String-Typen in C++
NanoPB ist eine codegrößenoptimierte Protocol-Buffers-Implementierung für Embedded-Systeme. Dieser Beitrag zeigt, wie man mit String-Typen in C mit NanoPB umgeht.
Proto-Definition
Erstelle zunächst eine .proto-Datei mit String-Feldern:
syntax = "proto3";
package example;
message StringMessage {
string name = 1;
string description = 2;
}NanoPB-Code generieren
Generiere den NanoPB-Code mit einer .options-Datei, um die String-Puffergrößen festzulegen:
Erstelle strings.options:
example.StringMessage.name max_size:64
example.StringMessage.description max_size:256Dann generieren:
protoc --nanopb_out=. strings.protoDies generiert strings.pb.h und strings.pb.c.
C-Beispiel mit Puffern fester Größe
Hier ist ein vollständiges C-Beispiel mit Puffern fester Größe:
#include <stdio.h>
#include <stdint.h>
#include <string.h>
#include "strings.pb.h"
#include "pb_encode.h"
#include "pb_decode.h"
int main() {
// Puffer für kodierte Nachricht
uint8_t buffer[256];
size_t message_length;
// --- KODIERUNG ---
example_StringMessage message = example_StringMessage_init_zero;
// String-Werte setzen (müssen in Puffergröße passen)
const char* name = "NanoPB";
const char* description = "Protocol Buffers for embedded systems";
strncpy(message.name, name, sizeof(message.name) - 1);
strncpy(message.description, description, sizeof(message.description) - 1);
// Strom für Kodierung erstellen
pb_ostream_t ostream = pb_ostream_from_buffer(buffer, sizeof(buffer));
// Nachricht kodieren
if (!pb_encode(&ostream, example_StringMessage_fields, &message)) {
printf("Kodierung fehlgeschlagen: %s\n", PB_GET_ERROR(&ostream));
return 1;
}
message_length = ostream.bytes_written;
printf("%zu Bytes kodiert\n", message_length);
// Hex-Dump der kodierten Daten ausgeben
printf("Kodierte Daten: ");
for (size_t i = 0; i < message_length; i++) {
printf("%02x ", buffer[i]);
}
printf("\n");
// --- DEKODIERUNG ---
example_StringMessage decoded = example_StringMessage_init_zero;
// Strom für Dekodierung erstellen
pb_istream_t istream = pb_istream_from_buffer(buffer, message_length);
// Nachricht dekodieren
if (!pb_decode(&istream, example_StringMessage_fields, &decoded)) {
printf("Dekodierung fehlgeschlagen: %s\n", PB_GET_ERROR(&istream));
return 1;
}
// Dekodierte Werte ausgeben
printf("Dekodierte Werte:\n");
printf(" name: %s\n", decoded.name);
printf(" description: %s\n", decoded.description);
return 0;
}Kompilierbefehl
Kompiliere das Beispiel mit nanopb. NanoPB wird typischerweise verwendet, indem die Quelldateien direkt in dein Projekt eingebunden werden:
gcc -o strings_example strings_example.c strings.pb.c pb_common.c pb_encode.c pb_decode.c -I.Hinweis: NanoPB-Quelldateien (pb_common.c, pb_encode.c, pb_decode.c) müssen direkt mit deinem Projekt kompiliert werden. Du erhältst diese aus dem NanoPB GitHub-Repository.
Python-Testskript
Um die Kodierung zu überprüfen, kannst du die Python-Protobuf-Bibliothek verwenden:
import strings_pb2
# Binärdaten lesen
with open('encoded.bin', 'rb') as f:
data = f.read()
# Dekodieren
msg = strings_pb2.StringMessage()
msg.ParseFromString(data)
print("Python dekodierte Werte:")
print(f" name: {msg.name}")
print(f" description: {msg.description}")Kompiliere zunächst die Python-Protobuf-Definitionen:
protoc --python_out=. strings.protoModifiziere dann das C-Beispiel, um die kodierten Daten in eine Datei zu speichern:
// Nach der Kodierung, dies hinzufügen:
FILE *f = fopen("encoded.bin", "wb");
fwrite(buffer, 1, message_length, f);
fclose(f);Alternative: Callback-basierte Strings
Für dynamische String-Verarbeitung kannst du Callbacks verwenden. Erstelle strings_callback.options:
# Callback für dynamische Strings verwenden
msg.StringMessage.name callback
msg.StringMessage.description callbackGeneriere dann neu und verwende diesen Ansatz:
#include <stdio.h>
#include <stdint.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include "strings.pb.h"
#include "pb_encode.h"
#include "pb_decode.h"
typedef struct {
char* data;
size_t size;
} dynamic_string_t;
// Encoder-Callback für Strings
bool string_encode_callback(pb_ostream_t *stream, const pb_field_t *field, void * const *arg) {
const dynamic_string_t* str = (const dynamic_string_t*)*arg;
if (!pb_encode_tag_for_field(stream, field))
return false;
return pb_encode_string(stream, (const pb_byte_t*)str->data, str->size);
}
// Decoder-Callback für Strings
bool string_decode_callback(pb_istream_t *stream, const pb_field_t *field, void **arg) {
dynamic_string_t* str = (dynamic_string_t*)*arg;
// Puffer zuweisen
size_t size = stream->bytes_left;
str->data = (char*)malloc(size + 1);
if (!pb_read(stream, (pb_byte_t*)str->data, size)) {
free(str->data);
str->data = NULL;
return false;
}
str->data[size] = '\0'; // Null-terminieren
str->size = size;
return true;
}
int main() {
uint8_t buffer[256];
size_t message_length;
dynamic_string_t name = {"NanoPB", 6};
dynamic_string_t description = {"Protocol Buffers for embedded systems", 38};
// --- KODIERUNG ---
example_StringMessage message = example_StringMessage_init_zero;
message.name.funcs.encode = string_encode_callback;
message.name.arg = &name;
message.description.funcs.encode = string_encode_callback;
message.description.arg = &description;
pb_ostream_t ostream = pb_ostream_from_buffer(buffer, sizeof(buffer));
if (!pb_encode(&ostream, example_StringMessage_fields, &message)) {
printf("Kodierung fehlgeschlagen: %s\n", PB_GET_ERROR(&ostream));
return 1;
}
message_length = ostream.bytes_written;
printf("%zu Bytes kodiert\n", message_length);
// --- DEKODIERUNG ---
example_StringMessage decoded = example_StringMessage_init_zero;
dynamic_string_t decoded_name = {NULL, 0};
dynamic_string_t decoded_description = {NULL, 0};
decoded.name.funcs.decode = string_decode_callback;
decoded.name.arg = &decoded_name;
decoded.description.funcs.decode = string_decode_callback;
decoded.description.arg = &decoded_description;
pb_istream_t istream = pb_istream_from_buffer(buffer, message_length);
if (!pb_decode(&istream, example_StringMessage_fields, &decoded)) {
printf("Dekodierung fehlgeschlagen: %s\n", PB_GET_ERROR(&istream));
return 1;
}
printf("Dekodierte Werte:\n");
printf(" name: %s\n", decoded_name.data);
printf(" description: %s\n", decoded_description.data);
// Zugewiesenen Speicher freigeben
free(decoded_name.data);
free(decoded_description.data);
return 0;
}Wichtige Punkte
- Puffer fester Größe: Verwende
max_sizein der .options-Datei für einfache, statische Speicherzuweisung - Callback-basiert: Verwende
callbackin .options für dynamische String-Verarbeitung - Feste Größe: Verwende
strncpyzum Kopieren von Strings, stelle Null-Terminierung sicher - Callback-basiert: Implementiere Encode/Decode-Callbacks mit manueller Speicherverwaltung
- Überprüfe immer Puffergrößen, um Überläufe zu verhindern
- Denke daran, zugewiesenen Speicher im Callback-basierten Ansatz freizugeben
- C erfordert manuelle Speicherverwaltung (malloc/free) für dynamische Strings
Wann welcher Ansatz verwendet werden sollte
- Puffer fester Größe: Wenn du maximale String-Größen kennst und einfachen Code wünschst
- Callback-basiert: Wenn String-Größen variabel sind oder du dynamische Speicherzuweisung benötigst
Erwartete Ausgabe
38 Bytes kodiert
Kodierte Daten: 0a 06 4e 61 6e 6f 50 42 12 1e 50 72 6f 74 6f 63 6f 6c 20 42 75 66 66 65 72 73 20 66 6f 72 20 65 6d 62 65 64 64 65 64 20 73 79 73 74 65 6d 73
Dekodierte Werte:
name: NanoPB
description: Protocol Buffers for embedded systemsUnterschiede zu C++
Die C-Version ist nahezu identisch mit der C++-Version, mit folgenden Hauptunterschieden:
- Verwende
malloc/freestattnew/deletefür dynamischen Speicher - Manuelle Speicherverwaltung erforderlich (keine Destruktoren)
- Verwende struct als Wrapper für dynamische Strings statt std::string
- Denke daran, Strings bei Bedarf manuell zu null-terminieren
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