Linux下Protobuf之Nanopb安装和使用

前言

在最近弄的蓝牙项目中，发现有些平台的内存非常小。如果使用前面介绍的protobuf-c进行数据的序列化，会因为内存限制没有办法跑起来；

对于嵌入式C语音需要进行数据的序列化Nanopb支持是比较好的，使用起来也相对比较简单；Nanopb编解码的接口是统一的（pb_encode和pb_decode），但是protobuf-c会为每一个不同的message生产一个编解码的接口。

Nanopb下载与安装

下载地址：https://jpa.kapsi.fi/nanopb/download/
我这里下载的是Linux版本：nanopb-0.3.9.2-linux-x86.tar.gz

我们在下载解压后，下面的几个文件将会在编解码时会用到：pb_common.c、pb_common.h、pb_decode.c、pb_decode.h、pb_encode.c、pb_encode.h、pb.h，这些文件放在我们需要移植的平台上。

定义.proto文件

• 我这里随便定义了一个UserInformation.proto.

syntax = "proto3";
option optimize_for = LITE_RUNTIME;

enum UserStatus {
	UNKNOWN = 0;
	IDLE = 1;
	BUSY = 2;
}

message UserInformation {
	string name = 1;
	uint32 age = 2;	
	string phone = 3;
	UserStatus stat = 4;
	string email = 5;
}

• 在.proto中optimize_for的参数：
  option optimize_for = LITE_RUNTIME;
  optimize_for是文件级别的选项，Protocol Buffer定义三种优化级别SPEED/CODE_SIZE/LITE_RUNTIME。缺省情况下是SPEED。

  SPEED: 表示生成的代码运行效率高，但是由此生成的代码编译后会占用更多的空间。
  CODE_SIZE: 和SPEED恰恰相反，代码运行效率较低，但是由此生成的代码编译后会占用更少的空间，通常用于资源有限的平台，如Mobile。
  LITE_RUNTIME: 生成的代码执行效率高，同时生成代码编译后的所占用的空间也是非常少。这是以牺牲Protocol Buffer提供的反射功能为代价的。因此我们在C++中链接Protocol Buffer库时仅需链接libprotobuf-lite，而非libprotobuf。在Java中仅需包含protobuf-java-2.4.1-lite.jar，而非protobuf-java-2.4.1.jar。

  注：对于LITE_MESSAGE选项而言，其生成的代码均将继承自MessageLite，而非Message。

• 特别注意：Nanopb编译器不支持string的动态定义，Protobuf-c编译出来是char *指针类型，但是Nanopb编译一定是char数组类型。所以，这里需要定义一个UserInformation.options:

// *******************************
// *** UserInformation options ***
// *******************************
//
UserInformation.name max_size:20
UserInformation.phone max_size:16
UserInformation.email max_size:30

编译.proto文件

• 编译C code命令：./generator-bin/protoc --nanopb_out=./ UserInformation.proto
  
• 编译C++ code命令：./generator-bin/protoc --cpp_out=./ UserInformation.proto
  

测试demo code

对user data进行封包，主要4个步骤：

• 定义并初始化UserInformation userInfo变量；
• 对userInfo进行赋值；
• 使用pb_ostream_from_buffer生成encode需要的pb_ostream_t，里面包含encode后输出的buffer addr;
• 使用pb_encode进行编码；

static int pack_user_data(uint8_t *buffer)
{
    //Initialize the UserInformation structure;
    UserInformation userInfo = UserInformation_init_zero;

    // Initialize buffer
    memset(buffer, 0, DATA_BUFFER_SIZE);

    strcpy(userInfo.name, "Benjamin");
    userInfo.age = 18; 
    strcpy(userInfo.phone, "0755-12345678");
    userInfo.stat = UserStatus_IDLE;
    strcpy(userInfo.email, "[email protected]");

    // encode userInfo data
    pb_ostream_t enc_stream;
	enc_stream = pb_ostream_from_buffer(buffer, DATA_BUFFER_SIZE);
	if (!pb_encode(&enc_stream, UserInformation_fields, &userInfo))
	{
		//encode error happened
		printf("pb encode error in %s [%s]\n", __func__,PB_GET_ERROR(&enc_stream));
		return -1;
	}

    return enc_stream.bytes_written;
}

对user data进行解包，主要3个步骤：

• 定义并初始化UserInformation userInfo变量；
• 使用pb_istream_from_buffer生成decode需要的pb_istream_t，里面包含将要decode的buffer addr;
• 使用pb_decode进行解码；

static int unpack_user_data(const uint8_t *buffer, size_t len)
{
    UserInformation userInfo;

    // decode userInfo data
	pb_istream_t dec_stream;
	dec_stream = pb_istream_from_buffer(buffer, len);
	if (!pb_decode(&dec_stream, UserInformation_fields, &userInfo))
	{
		printf("pb decode error in %s\n", __func__);
		return -1;
	}

    printf("Unpack: %s %d %s %s\n", userInfo.name, userInfo.age, userInfo.phone, userInfo.email);

    return 0;
}

main函数进行调用

int main()
{
    uint8_t buffer[DATA_BUFFER_SIZE];

    int lenght = pack_user_data(buffer);
    if(lenght<0){
        printf("main: pack_user_data is fail!!!\n");
        return -1;
    }
    printf("User data len: %d\n",lenght);
    unpack_user_data(buffer, lenght);
	
	return 0;
}

运行的结果如下：

完整的工程代码

gitee地址: https://gitee.com/dianqi0901zc/nanopb_test