使用强制转换来访问像结构一样的字节数组？

发布时间：2020-12-16 09:51:57 所属栏目：百科来源：网络整理

导读：我正在研究基于微控制器的软件项目. 该项目的一部分是二进制协议的解析器. 协议是固定的,不能更改. PC充当“主设备”并主要发送命令,这些命令必须由“从设备”即微控制器板执行. 协议数据由硬件通信接口接收,例如,UART,CAN或以太网. 那不是问题. 在接收到帧

我正在研究基于微控制器的软件项目.
该项目的一部分是二进制协议的解析器.
协议是固定的,不能更改.
PC充当“主设备”并主要发送命令,这些命令必须由“从设备”即微控制器板执行.

协议数据由硬件通信接口接收,例如,UART,CAN或以太网.
那不是问题.

在接收到帧的所有字节(4-10,取决于命令)之后,将它们存储在“uint8_t cmdBuffer [10]”类型的缓冲区中并设置标志,表示现在可以执行该命令.
帧的第一个字节(cmdBuffer [0])包含命令,帧的其余部分是命令的参数,根据命令的不同,数字和大小可能不同.
这意味着,有效载荷可以通过多种方式进行解释.对于每个可能的命令,数据字节都会改变它们的含义.

我不希望有太多丑陋的操作,而是自我记录代码.
所以我的方法是：

>我为每个命令创建一个“typedef struct”
>确定命令后,指向cmdBuffer的指针将转换为我的新typedef的指针
>通过这样做,我可以访问命令的参数作为结构成员,避免数组访问中的幻数,参数的位操作> 8位,更容易阅读

例：

typedef struct
{
    uint8_t commandCode;
    uint8_t parameter_1;
    uint32_t anotherParameter;
    uint16 oneMoreParameter;
}payloadA_t;

//typedefs for payloadB_t and payloadC_t,which may have different parameters

void parseProtocolData(uint8_t *data,uint8_t length)
{
  uint8_t commandToExecute;

  //this,in fact,just returns data[0]
  commandToExecute = getPayloadType(data,length);

  if (commandToExecute == COMMAND_A)
  {
    executeCommand_A( (payloadA_t *) data);
  }
  else if (commandToExecute == COMMAND_B)
  {
    executeCommand_B( (payloadB_t *) data);
  }
  else if (commandToExecute == COMMAND_C)
  {
    executeCommand_C( (payloadC_t *) data);
  }
  else
  {
    //error,unknown command
  }
}

我看到两个问题：

>首先,根据微控制器架构,byteorder可以是intel或motorola,用于2或4字节参数.
这应该不是什么大问题.协议本身使用网络字节顺序.在目标控制器上,可以使用宏来更正顺序.
>主要问题：我的tyepdef结构中可能有填充字节.我正在使用gcc,所以我可以在我的typedef中添加一个“packed”属性.其他编译器为此提供了编译指示.但是,在32位机器上,打包结构将导致更大(和更慢)的机器代码.好吧,这也可能不是问题.但是我听说,访问未对齐的内存时可能会出现硬件故障(例如,在ARM体系结构上).

有很多命令(大约50个),所以我不希望将cmdBuffer作为数组访问
我认为与“阵列方法”相比,“结构方法”提高了代码的可读性

所以我的问题：

>这种方法可以,还是只是一个肮脏的黑客？
>是否存在编译器可以依赖“严格别名规则”并使我的方法不起作用的情况？
>有更好的解决方案吗？你会如何解决这个问题？
>这可以保存,至少一点,便携？

问候,
lugge

解决方法

通常,由于填充,结构对于存储数据协议是危险的.对于可移植代码,您可能希望避免使用它们.因此,保持原始数据阵列仍然是最好的主意.您只需要根据收到的命令以不同的方式解释它.

这种情况是需要某种多态性的典型示例.不幸的是,C没有对该OO功能的内置支持,因此您必须自己创建它.

最好的方法取决于这些不同类型数据的性质.由于我不知道,我只能以这种方式提出建议,它可能适用于您的具体情况,也可能不是最佳选择：

typedef enum
{
  COMMAND_THIS,COMMAND_THAT,... // all 50 commands

  COMMANDS_N // a constant which is equal to the number of commands
} cmd_index_t;


typedef struct
{
  uint8_t      command;        // the original command,can be anything
  cmd_index_t  index;          // a number 0 to 49
  uint8_t      data [MAX];     // the raw data
} cmd_t;

然后,第一步是在收到命令后,将其转换为相应的索引.

// ...receive data and place it in cmdBuffer[10],then:
cmd_t cmd;
cmd_create(&cmd,cmdBuffer[0],&cmdBuffer[1]);

...

void cmd_create (cmd_t* cmd,uint8_t command,uint8_t* data)
{
   cmd->command = command;
   memcpy(cmd->data,data,MAX);

   switch(command)
   {
     case THIS: cmd->index = COMMAND_THIS; break;
     case THAT: cmd->index = COMMAND_THAT; break;
     ... 
   }
}

一旦索引0到N意味着您可以实现查找表.每个这样的查找表可以是函数指针的数组,其确定数据的特定解释.例如：

typedef void (*interpreter_func_t)(uint8_t* data);

const interpreter_func_t interpret [COMMANDS_N] =
{
  &interpret_this_command,&interpret_that_command,...
};

使用：

interpret[cmd->index] (cmd->data);

然后,您可以为不同的任务创建类似的查找表.

initialize [cmd->index] (cmd->data);
   interpret  [cmd->index] (cmd->data);
   repackage  [cmd->index] (cmd->data);
   do_stuff   [cmd->index] (cmd->data);
   ...

对不同的体系结构使用不同的查找表.像endianess这样的东西可以在解释器函数中处理.您当然可以更改函数原型,也许您需要返回一些内容或传递更多参数等.

请注意,上述示例最适合所有命令导致相同类型的操作.如果你需要根据命令做完全不同的事情,其他方法更合适.

（编辑：李大同）

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