[Программирование, Анализ и проектирование систем, C++, ООП, Программирование микроконтроллеров] Micro Property — минималистичный сериализатор двоичных данных для embedded систем. Часть 2

Ответить на тему

Автор

Сообщение

news_bot ^®

Стаж: 6 лет 9 месяцев
Сообщений: 27286

news_bot ^® написал(а)
06-Янв-2021 17:33

Цитировать

Некоторое время назад я опубликовал свою статью о разработке велосипедного велосипеда, в которой описал причины, побудившие меня этим заняться.
Если вкратце, то мне была нужна миниатюрная библиотека для микроконтроллеров с сериализатором двоичных данных для последующей передачи этих сообщений по низко скоростным линиям связи, тогда как обычные форматы xml, json, bson, yaml, protobuf, Thrift, ASN.1 и др. мне по разным причинам не подходили.
Как и ожидалось, решение оказалось более чем велосипедом, и тем не менее, сама публикация статьи на Хабре мне очень сильно помогла. Дело в том, что при первоначальном анализе возможных библиотек, я почему то упустил из вида сериализаторы MessagePack CBOR, UBJSON.
Ссылки на них мне написали в комменатриях уже после публикации статьи. И я сразу понял, что скорее всего CBOR, UBJSON легко решают стоящую передо мной задачу. Причем делают этого гораздо лучше, чем моя собственная разработка, про что я честно написал в начале статьи.
После этого я прикрутил к библиотеке CBOR свой интерфейс (чтобы не перелопачивать исходники), и … решил от этого формата отказаться в пользу MessagePack :-)

CBOR vs. MessagePack
На самом деле CBOR и MessagePack форматы используют один и тот же принцип сериализации данных. В их основе лежит практичный метод записи TLV, за тем лишь исключением, что в классическом виде TLV всегда содержит поля значения тега и размера значения. А вот последнее поле может отсутствовать, если его размер ноль.
А в этих сериализаторах разработчики пошли еще дальше, и сделали практически гениальные форматы, в которых наличие поля с размером данных зависит от типа данных, и не требуется для полей фиксированного размера, а в первом байте хранится одновременно и тип поля с размером данных и его непосредственным значением (конечно, если позволяет разрядность).
В исходной статье я писал про то, что мне требуется максимальная упаковка бинарных данных и оба эти два формата справляются с такой задачей на ура. Они между собой очень похожи, и отличаются только количеством бит, в котором сохранится значения типа поля.
В формате CBOR минимальные накладные расходы на хранение каждого поля три бита. т.е. в первом байте каждого поля первые три бита отвечают за тип содержимого, и в зависимости от него интерпретируют наличие и размер других полей, а оставшиеся 5 бит могут содержать уже само значение поля (0 до 31).
А вот в MessagePack пошли еще дальше! В этом формате минимальные накладные расходы на хранение значения составляют всего 1 (ОДИН!) бит информации. Соответственно и диапазон возможных значений для хранения с помощью одного байта значительно больше (0 до 127). А для указания дополнительной информации о типе поля используются значения с установленным старшим битом.
Понятно, что диапазон представления отрицательных значений в первом байте при таком способе кодирования уменьшается за счет положительных чисел (в одном байте можно хранить только 32 отрицательны числа, а для остальных значений уже потребуется второй байт). Но это правильный дисбаланс и смещен он в нужную сторону, т.к. на практике положительные числа используются значительно чаще отрицательных.
Именно этот момент, а так же нормальная библиотека с реализацией формата на десятке разных языков и определили мой окончательный выбор в пользу формата MessagePack. Думаю, что я не единственный, кому могут быть интересны такие подробности, поэтому я посчитал правильным ими поделиться.
В результате, изначальный формат сериализатора удалось сделать еще компактнее, в том числе и за счет некоторых соглашений (например, структуру кодируемых данных ограничить только плоским списком и отказом от использования невостребованных типов), а мой сон стал спокойнее, т.к. уже не болит голова насчет совместимости на уровне форматов пересылаемых сообщений между устройствами.

Большое спасибо Хабра-юзерам Spym и edo1h, что ответили предыдущую публикацию и тем самым помогли найти решение действительно серьезной проблемы такими малыми усилиями!

Первоисточники:
Спецификация CBOR. Есть хорошая статья с описанием на Хабре.
Спецификация MessagePack очень легко читается в документации и не требует какого либо перевода или дополнительных пояснений.
===========
Источник:
habr.com
===========
Похожие новости:

Теги для поиска: #_programmirovanie (Программирование), #_analiz_i_proektirovanie_sistem (Анализ и проектирование систем), #_c++, #_oop (ООП), #_programmirovanie_mikrokontrollerov (Программирование микроконтроллеров), #_open_source, #_open_source_software, #_mikrokontrollery (микроконтроллеры), #_serializatsija (сериализация), #_biblioteka_s++ (библиотека с++), #_programmirovanie (
Программирование
), #_analiz_i_proektirovanie_sistem (
Анализ и проектирование систем
), #_c++, #_oop (
ООП
), #_programmirovanie_mikrokontrollerov (
Программирование микроконтроллеров
)

Профиль ЛС

Ответить на тему

Вы не можете начинать темы
Вы не можете отвечать на сообщения
Вы не можете редактировать свои сообщения
Вы не можете удалять свои сообщения
Вы не можете голосовать в опросах
Вы не можете прикреплять файлы к сообщениям
Вы не можете скачивать файлы

Текущее время: 22-Ноя 16:29
Часовой пояс: UTC + 5