NanoPB: Umgang mit wiederholten Feldern (Arrays) in C
Siehe auch: C++-Version: Umgang mit wiederholten Feldern/Arrays in C++
NanoPB ist eine codegrößenoptimierte Protocol-Buffers-Implementierung für Embedded-Systeme. Dieser Beitrag zeigt, wie man wiederholte Felder (Arrays) in C mit NanoPB behandelt.
Proto-Definition
Erstellen Sie zuerst eine .proto-Datei mit wiederholten Feldern:
syntax = "proto3";
package example;
message RepeatedMessage {
repeated uint32 values = 1;
repeated float temperatures = 2;
}NanoPB-Code generieren
Generieren Sie den NanoPB-Code mit einer .options-Datei, um Array-Größen festzulegen:
Erstellen Sie repeated.options:
example.RepeatedMessage.values max_count:20
example.RepeatedMessage.temperatures max_count:10Dann generieren:
protoc --nanopb_out=. repeated.protoHierdurch werden repeated.pb.h und repeated.pb.c generiert.
C-Beispiel mit Arrays fester Größe
Hier ist ein vollständiges C-Beispiel mit Arrays fester Größe:
#include <stdio.h>
#include <stdint.h>
#include "repeated.pb.h"
#include "pb_encode.h"
#include "pb_decode.h"
int main() {
// Buffer for encoded message
uint8_t buffer[256];
size_t message_length;
// --- ENCODING ---
example_RepeatedMessage message = example_RepeatedMessage_init_zero;
// Set repeated field values
message.values[0] = 10;
message.values[1] = 20;
message.values[2] = 30;
message.values_count = 3; // Important: set count
message.temperatures[0] = 20.5f;
message.temperatures[1] = 21.0f;
message.temperatures[2] = 21.5f;
message.temperatures_count = 3; // Important: set count
// Create stream for encoding
pb_ostream_t ostream = pb_ostream_from_buffer(buffer, sizeof(buffer));
// Encode the message
if (!pb_encode(&ostream, example_RepeatedMessage_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);
// Print hex dump of encoded data
printf("Encoded data: ");
for (size_t i = 0; i < message_length; i++) {
printf("%02x ", buffer[i]);
}
printf("\n");
// --- DECODING ---
example_RepeatedMessage decoded = example_RepeatedMessage_init_zero;
// Create stream for decoding
pb_istream_t istream = pb_istream_from_buffer(buffer, message_length);
// Decode the message
if (!pb_decode(&istream, example_RepeatedMessage_fields, &decoded)) {
printf("Decoding failed: %s\n", PB_GET_ERROR(&istream));
return 1;
}
// Print decoded values
printf("Decoded values:\n");
printf(" values (%zu items): ", decoded.values_count);
for (size_t i = 0; i < decoded.values_count; i++) {
printf("%u ", (unsigned int)decoded.values[i]);
}
printf("\n");
printf(" temperatures (%zu items): ", decoded.temperatures_count);
for (size_t i = 0; i < decoded.temperatures_count; i++) {
printf("%.1f ", decoded.temperatures[i]);
}
printf("\n");
return 0;
}Kompilierbefehl
Kompilieren Sie das Beispiel mit NanoPB. NanoPB wird typischerweise verwendet, indem die Quelldateien direkt in Ihr Projekt eingebunden werden:
gcc -o repeated_example repeated_example.c repeated.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 Ihrem Projekt kompiliert werden. Sie können diese aus dem NanoPB GitHub-Repository beziehen.
Python-Testskript
Um die Kodierung zu überprüfen, können Sie die Python-Protobuf-Bibliothek verwenden:
import repeated_pb2
# Read the binary data
with open('encoded.bin', 'rb') as f:
data = f.read()
# Decode
msg = repeated_pb2.RepeatedMessage()
msg.ParseFromString(data)
print("Python decoded values:")
print(f" values: {list(msg.values)}")
print(f" temperatures: {list(msg.temperatures)}")Kompilieren Sie zuerst die Python-Protobuf-Definitionen:
protoc --python_out=. repeated.protoModifizieren Sie dann das C-Beispiel, um die kodierten Daten in eine Datei zu speichern:
// After encoding, add this:
FILE *f = fopen("encoded.bin", "wb");
fwrite(buffer, 1, message_length, f);
fclose(f);Alternative: Callback-basierte wiederholte Felder
Für dynamische Array-Verarbeitung können Sie Callbacks verwenden. Erstellen Sie repeated_callback.options:
# Use callback for dynamic arrays
msg.RepeatedMessage.values callback
msg.RepeatedMessage.temperatures callbackDann regenerieren Sie den Code und verwenden Sie diesen Ansatz:
#include <stdio.h>
#include <stdint.h>
#include <stdlib.h>
#include "repeated.pb.h"
#include "pb_encode.h"
#include "pb_decode.h"
typedef struct {
uint32_t* data;
size_t size;
size_t capacity;
} dynamic_uint32_array_t;
typedef struct {
float* data;
size_t size;
size_t capacity;
} dynamic_float_array_t;
// Encoder callback for uint32 array
bool uint32_array_encode_callback(pb_ostream_t *stream, const pb_field_t *field, void * const *arg) {
const dynamic_uint32_array_t* arr = (const dynamic_uint32_array_t*)*arg;
for (size_t i = 0; i < arr->size; i++) {
if (!pb_encode_tag_for_field(stream, field))
return false;
if (!pb_encode_varint(stream, arr->data[i]))
return false;
}
return true;
}
// Decoder callback for uint32 array
bool uint32_array_decode_callback(pb_istream_t *stream, const pb_field_t *field, void **arg) {
dynamic_uint32_array_t* arr = (dynamic_uint32_array_t*)*arg;
uint64_t value;
if (!pb_decode_varint(stream, &value))
return false;
// Resize if needed
if (arr->size >= arr->capacity) {
size_t new_capacity = arr->capacity == 0 ? 4 : arr->capacity * 2;
uint32_t* new_data = (uint32_t*)realloc(arr->data, new_capacity * sizeof(uint32_t));
if (!new_data)
return false;
arr->data = new_data;
arr->capacity = new_capacity;
}
arr->data[arr->size++] = (uint32_t)value;
return true;
}
// Encoder callback for float array
bool float_array_encode_callback(pb_ostream_t *stream, const pb_field_t *field, void * const *arg) {
const dynamic_float_array_t* arr = (const dynamic_float_array_t*)*arg;
for (size_t i = 0; i < arr->size; i++) {
if (!pb_encode_tag_for_field(stream, field))
return false;
// Encode float as 4 bytes
union { float f; uint32_t u; } u;
u.f = arr->data[i];
if (!pb_encode_varint(stream, u.u))
return false;
}
return true;
}
// Decoder callback for float array
bool float_array_decode_callback(pb_istream_t *stream, const pb_field_t *field, void **arg) {
dynamic_float_array_t* arr = (dynamic_float_array_t*)*arg;
uint64_t value;
if (!pb_decode_varint(stream, &value))
return false;
// Resize if needed
if (arr->size >= arr->capacity) {
size_t new_capacity = arr->capacity == 0 ? 4 : arr->capacity * 2;
float* new_data = (float*)realloc(arr->data, new_capacity * sizeof(float));
if (!new_data)
return false;
arr->data = new_data;
arr->capacity = new_capacity;
}
union { float f; uint32_t u; } u;
u.u = (uint32_t)value;
arr->data[arr->size++] = u.f;
return true;
}
int main() {
uint8_t buffer[256];
size_t message_length;
uint32_t values_data[] = {10, 20, 30};
float temperatures_data[] = {20.5f, 21.0f, 21.5f};
dynamic_uint32_array_t values = {values_data, 3, 3};
dynamic_float_array_t temperatures = {temperatures_data, 3, 3};
// --- ENCODING ---
example_RepeatedMessage message = example_RepeatedMessage_init_zero;
message.values.funcs.encode = uint32_array_encode_callback;
message.values.arg = &values;
message.temperatures.funcs.encode = float_array_encode_callback;
message.temperatures.arg = &temperatures;
pb_ostream_t ostream = pb_ostream_from_buffer(buffer, sizeof(buffer));
if (!pb_encode(&ostream, example_RepeatedMessage_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);
// --- DECODING ---
example_RepeatedMessage decoded = example_RepeatedMessage_init_zero;
dynamic_uint32_array_t decoded_values = {NULL, 0, 0};
dynamic_float_array_t decoded_temperatures = {NULL, 0, 0};
decoded.values.funcs.decode = uint32_array_decode_callback;
decoded.values.arg = &decoded_values;
decoded.temperatures.funcs.decode = float_array_decode_callback;
decoded.temperatures.arg = &decoded_temperatures;
pb_istream_t istream = pb_istream_from_buffer(buffer, message_length);
if (!pb_decode(&istream, example_RepeatedMessage_fields, &decoded)) {
printf("Decoding failed: %s\n", PB_GET_ERROR(&istream));
return 1;
}
printf("Decoded values:\n");
printf(" values (%zu items): ", decoded_values.size);
for (size_t i = 0; i < decoded_values.size; i++) {
printf("%u ", decoded_values.data[i]);
}
printf("\n");
printf(" temperatures (%zu items): ", decoded_temperatures.size);
for (size_t i = 0; i < decoded_temperatures.size; i++) {
printf("%.1f ", decoded_temperatures.data[i]);
}
printf("\n");
// Free allocated memory
free(decoded_values.data);
free(decoded_temperatures.data);
return 0;
}Wichtige Punkte
- Arrays fester Größe: Verwenden Sie
max_countin der .options-Datei für einfache, statische Speicherzuweisung - Callback-basiert: Verwenden Sie
callbackin .options für dynamische Array-Verarbeitung - Feste Größe: Setzen Sie das
*_count-Feld, um die Anzahl der Elemente festzulegen - Callback-basiert: Implementieren Sie Encode/Decode-Callbacks mit manueller Speicherverwaltung
- Arrays werden als wiederholte Feld-Tags mit Werten kodiert
- Verwenden Sie
malloc/realloc/freein C für dynamische Array-Verarbeitung - Überprüfen Sie immer Array-Anzahlen, um Overflow zu verhindern
- Denken Sie daran, zugewiesenen Speicher im Callback-basierten Ansatz freizugeben
Wann welcher Ansatz verwendet werden sollte
- Arrays fester Größe: Wenn Sie die maximale Array-Größe kennen und einfachen Code wünschen
- Callback-basiert: Wenn die Array-Größe variabel ist oder Sie dynamische Speicherzuweisung benötigen
Erwartete Ausgabe
Encoded 15 bytes
Encoded data: 08 0a 08 14 08 1e 15 00 00 a4 41 15 00 00 a8 41 15 00 00 ac 41
Decoded values:
values (3 items): 10 20 30
temperatures (3 items): 20.5 21.0 21.5 Unterschiede zu C++
Die C-Version ist nahezu identisch mit der C++-Version, mit folgenden wesentlichen Unterschieden:
- Verwenden Sie
malloc/realloc/freestattstd::vectorfür dynamische Arrays - Manuelle Speicherverwaltung erforderlich (keine Destruktoren)
- Verwenden Sie ein Struct als Wrapper für dynamische Arrays statt std::vector
- Denken Sie daran, zugewiesenen Speicher nach der Verwendung freizugeben
- Keine automatische Speicherverwaltung in C
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