NanoPB: Umgang mit wiederholten Feldern (Arrays) in C++
Siehe auch: C-Version: Umgang mit wiederholten Feldern/Arrays in C
NanoPB ist eine auf Codegröße optimierte Protocol-Buffers-Implementierung für Embedded-Systeme. Dieser Beitrag zeigt, wie man wiederholte Felder (Arrays) in C++ mit NanoPB behandelt.
Proto-Definition
Erstellen Sie zunächst 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:10Dann generieren:
protoc --nanopb_out=. repeated.protoDies generiert repeated.pb.h und repeated.pb.c.
C++-Beispiel mit Arrays fester Größe
Hier ist ein vollständiges C++-Beispiel mit Arrays fester Größe:
#include <stdio.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 ", 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:
g++ -o repeated_example repeated_example.cpp 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 Codierung 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 zunächst die Python-Protobuf-Definitionen:
protoc --python_out=. repeated.protoModifizieren Sie dann das C++-Beispiel, um die codierten 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-Behandlung können Sie Callbacks verwenden. Erstellen Sie repeated_callback.options:
# Use callback for dynamic arrays
msg.RepeatedMessage.values callback
msg.RepeatedMessage.temperatures callbackGenerieren Sie dann neu und verwenden Sie diesen Ansatz:
#include <stdio.h>
#include <vector>
#include "repeated.pb.h"
#include "pb_encode.h"
#include "pb_decode.h"
// Encoder callback for uint32 array
bool uint32_array_encode_callback(pb_ostream_t *stream, const pb_field_t *field, void * const *arg) {
const std::vector<uint32_t>* arr = (const std::vector<uint32_t>*)*arg;
for (uint32_t value : *arr) {
if (!pb_encode_tag_for_field(stream, field))
return false;
if (!pb_encode_varint(stream, value))
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) {
std::vector<uint32_t>* arr = (std::vector<uint32_t>*)*arg;
uint64_t value;
if (!pb_decode_varint(stream, &value))
return false;
arr->push_back((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 std::vector<float>* arr = (const std::vector<float>*)*arg;
for (float value : *arr) {
if (!pb_encode_tag_for_field(stream, field))
return false;
// Encode float as 4 bytes
union { float f; uint32_t u; } u;
u.f = value;
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) {
std::vector<float>* arr = (std::vector<float>*)*arg;
uint64_t value;
if (!pb_decode_varint(stream, &value))
return false;
union { float f; uint32_t u; } u;
u.u = (uint32_t)value;
arr->push_back(u.f);
return true;
}
int main() {
uint8_t buffer[256];
size_t message_length;
std::vector<uint32_t> values = {10, 20, 30};
std::vector<float> temperatures = {20.5f, 21.0f, 21.5f};
// --- 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;
std::vector<uint32_t> decoded_values;
std::vector<float> decoded_temperatures;
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 (uint32_t value : decoded_values) {
printf("%u ", value);
}
printf("\n");
printf(" temperatures (%zu items): ", decoded_temperatures.size());
for (float temp : decoded_temperatures) {
printf("%.1f ", temp);
}
printf("\n");
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-Behandlung - Feste Größe: Setzen Sie das
*_count-Feld, um die Anzahl der Elemente anzugeben - Callback-basiert: Implementieren Sie Encode/Decode-Callbacks für dynamische Speicherzuweisung
- Arrays werden als wiederholte Feld-Tags mit Werten codiert
- Verwenden Sie
std::vector<T>in C++ für dynamische Array-Behandlung - Überprüfen Sie immer Array-Anzahlen, um Überläufe zu vermeiden
Wann welchen Ansatz verwenden
- 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 Weitere NanoPB-Beiträge
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