前陣子一朋友使用單片機與某外設(shè)進行通信時，外設(shè)返回的是一堆格式如下的數(shù)據(jù)：

AA AA 04 80 02 00 02 7B AA AA 04 80 02 00 08 75 AA AA 04 80 02 00 9B E2 AA AA 04 80 02 00 F6 87 AA AA 04 80 02 00 EC 91

其中 AA AA 04 80 02 是數(shù)據(jù)校驗頭，后面三位是有效數(shù)據(jù)，問我怎么從外設(shè)不斷返回的數(shù)據(jù)中取出有效的數(shù)據(jù)。

對于這種問題最容易想到的就是使用一個標志位用于標志當前正解析到一幀數(shù)據(jù)的第幾位，然后判斷當前接收的數(shù)據(jù)是否與校驗數(shù)據(jù)一致，如果一致則將標志位加一，否則將標志位置0重新判斷，使用這種方法解析數(shù)據(jù)的代碼如下：

if(flag == 0)
{
	if(tempData == 0xAA)
		flag++;
	else
		flag = 0;
}
else if(flag == 1)
{
	if(tempData == 0xAA)
		flag++;
	else
		flag = 0;
}
else if(flag == 2)
{
	if(tempData == 0x04)
		flag++;
	else
		flag = 0;
}
else if(flag == 3)
{
	if(tempData == 0x80)
		flag++;
	else
		flag = 0;
}
else if(flag == 4)
{
	if(tempData == 0x02)
		flag++;
	else
		flag = 0;
}
else if(flag == 5 || flag == 6 || flag == 7)
{
	data[flag-5] = tempData;
	flag = (flag == 7) ? 0 : flag+1;
}

使用上述方法是最容易想到的也是最簡單的方法了，百度了一下基本上也都是使用類似的方法進行數(shù)據(jù)解析，但是使用這種方法有如下幾個缺點：

1、 大量使用了判斷，容易導(dǎo)致出現(xiàn)邏輯混亂

2、 代碼重復(fù)率高，抽象程度低。從上述代碼可以看到一大堆代碼僅僅是判斷的數(shù)據(jù)不同，其他代碼都完全一致

3、 代碼可復(fù)用性差。寫好的代碼無法用在其他類似的外設(shè)上，如果有多個外設(shè)就需要編寫多份類似的代碼

4、 可擴展性低。如果外設(shè)還有一個數(shù)據(jù)校驗尾需要校驗或者數(shù)據(jù)校驗頭發(fā)生改變，就需要再次寫多個判斷重新用于校驗，無法在原有的代碼上進行擴展

5、 容易出現(xiàn)誤判

對此，這里提出了一種新的解決方案，可以通用與所有類似的數(shù)據(jù)解析，原理如下：

使用一個固定容量的隊列用來緩存接收到的數(shù)據(jù)，隊列容量等于一幀數(shù)據(jù)的大小，每來一個數(shù)據(jù)就將數(shù)據(jù)往隊列里面加，當完整接收到一幀數(shù)據(jù)時此時隊列中的全部數(shù)據(jù)也就是一幀完整的數(shù)據(jù)，因此只需要判斷隊列是否是數(shù)據(jù)校驗頭，隊列尾是否是數(shù)據(jù)校驗尾就可以得知當前是否已經(jīng)接收到了一幀完整的數(shù)據(jù)，然后在將數(shù)據(jù)從隊列中取出即可。原理圖如下：

每來一個數(shù)據(jù)就往隊列里面加：

當接收到一幀完整數(shù)據(jù)時隊列頭和數(shù)據(jù)校驗頭重合：

此時只需要從隊列中取出有效數(shù)據(jù)即可。

如果有數(shù)據(jù)尾校驗，僅僅只需要添加一個校驗尾即可，如下圖所示：

好，分析結(jié)束，開始編碼。

首先需要一個隊列，為了保證通用性，隊列底層使用類似于雙向鏈表的實現(xiàn)（當然也可以使用數(shù)組實現(xiàn)），需要封裝的結(jié)構(gòu)有隊列容量、隊列大小、隊頭節(jié)點和隊尾節(jié)點，需要實現(xiàn)的操作有隊列初始化、數(shù)據(jù)入隊、數(shù)據(jù)出隊、清空隊列和釋放隊列，具體代碼如下：

/* queue.h */
 
#ifndef _QUEUE_H_
#define _QUEUE_H_
 
#ifndef NULL
#define	NULL	((void *)0)
#endif
 
typedef unsigned char uint8;
 
/* 隊列節(jié)點 */
typedef struct Node
{
	uint8 data;
	struct Node *pre_node;
	struct Node *next_node;
} Node;
 
/* 隊列結(jié)構(gòu) */
typedef struct Queue
{
	uint8 capacity;     // 隊列總?cè)萘?	uint8 size;         // 當前隊列大小
	Node *front;        // 隊列頭節(jié)點
	Node *back;         // 隊列尾節(jié)點
} Queue;
 
/* 初始化一個隊列 */
Queue *init_queue(uint8 _capacity);
/* 數(shù)據(jù)入隊 */
uint8 en_queue(Queue *_queue, uint8 _data);
/* 數(shù)據(jù)出隊 */
uint8 de_queue(Queue *_queue);
/* 清空隊列 */
void clear_queue(Queue *_queue);
/* 釋放隊列 */
void release_queue(Queue *_queue);
 
#endif

/* queue.c */
 
#include 
#include "parser.h"
 
/**
 * 初始化一個隊列
 *
 * @_capacity: 隊列總?cè)萘? */
Queue *init_queue(uint8 _capacity)
{
	Queue *queue = (Queue *)malloc(sizeof(Queue));
	queue->capacity = _capacity;
	queue->size = 0;
	return queue;
}
 
/**
 * 數(shù)據(jù)入隊
 *
 * @_queue: 隊列
 * @_data: 數(shù)據(jù)
 **/
uint8 en_queue(Queue *_queue, uint8 _data)
{
	if(_queue->size < _queue->capacity)
	{
		Node *node = (Node *)malloc(sizeof(Node));
		node->data = _data;
		node->next_node = NULL;
 
        if(_queue->size == 0)
        {
            node->pre_node = NULL;
            _queue->back = node;
            _queue->front = _queue->back;
        }
        else
        {
            node->pre_node = _queue->back;
 
            _queue->back->next_node = node;
            _queue->back = _queue->back->next_node;
        }
		_queue->size++;
	}
	else
	{
		Node *temp_node = _queue->front->next_node;
		_queue->front->pre_node = _queue->back;
		_queue->back->next_node = _queue->front;
		_queue->back = _queue->back->next_node;
		_queue->back->data = _data;
		_queue->back->next_node = NULL;
		_queue->front = temp_node;
	}
	return _queue->size-1;
}
 
/**
 * 數(shù)據(jù)出隊
 *
 * @_queue: 隊列
 *
 * @return: 出隊的數(shù)據(jù)
 */
uint8 de_queue(Queue *_queue)
{
    uint8 old_data = 0;
 
    if(_queue->size > 0)
    {
        old_data = _queue->front->data;
        if(_queue->size == 1)
        {
            free(_queue->front);
            _queue->front = NULL;
            _queue->back = NULL;
        }
        else
        {
            _queue->front = _queue->front->next_node;
            free(_queue->front->pre_node);
            _queue->front->pre_node = NULL;
        }
        _queue->size--;
    }
    return old_data;
}
 
/**
 * 清空隊列
 *
 * @_queue: 隊列
 */
void clear_queue(Queue *_queue)
{
    while(_queue->size > 0)
    {
        de_queue(_queue);
    }
}
 
/**
 * 釋放隊列
 *
 * @_queue: 隊列
 */
void release_queue(Queue *_queue)
{
    clear_queue(_queue);
    free(_queue);
    _queue = NULL;
}

其次是解析器，需要封裝的結(jié)構(gòu)有解析數(shù)據(jù)隊列、數(shù)據(jù)校驗頭、數(shù)據(jù)校驗尾、解析結(jié)果以及指向解析結(jié)果的指針，需要實現(xiàn)的操作有解析器初始化、添加數(shù)據(jù)解析、獲取解析結(jié)果、重置解析器和釋放解析器，具體代碼如下：

/* parser.h */
 
#ifndef _PARSER_H_
#define _PARSER_H_
 
#include "queue.h"
 
typedef enum
{
    RESULT_FALSE,
    RESULT_TRUE
} ParserResult;
 
/* 解析器結(jié)構(gòu) */
typedef struct DataParser
{
    Queue *parser_queue;			// 數(shù)據(jù)解析隊列
    Node *resule_pointer;			// 解析結(jié)果數(shù)據(jù)指針
    uint8 *data_header;				// 數(shù)據(jù)校驗頭指針
    uint8 header_size;				// 數(shù)據(jù)校驗頭大小
    uint8 *data_footer;				// 數(shù)據(jù)校驗尾指針
    uint8 footer_size;				// 數(shù)據(jù)校驗尾大小
    uint8 result_size;				// 解析數(shù)據(jù)大小
    ParserResult parserResult;		// 解析結(jié)果
} DataParser;
 
/* 初始化一個解析器 */
DataParser *parser_init(uint8 *_data_header, uint8 _header_size, uint8 *_data_footer, uint8 _foot_size, uint8 _data_frame_size);
/* 將數(shù)據(jù)添加到解析器中進行解析 */
ParserResult parser_put_data(DataParser *_parser, uint8 _data);
/* 解析成功后從解析器中取出解析結(jié)果 */
int parser_get_data(DataParser *_parser, uint8 _index);
/* 重置解析器 */
void parser_reset(DataParser *_parser);
/* 釋放解析器 */
void parser_release(DataParser *_parser);
 
#endif

/* parser.c */
 
#include 
#include "parser.h"
 
/**
 * 初始化一個解析器
 *
 * @_data_header: 數(shù)據(jù)頭指針
 * @_header_size: 數(shù)據(jù)頭大小
 * @_data_footer: 數(shù)據(jù)尾指針
 * @_foot_size: 數(shù)據(jù)尾大小
 * @_data_frame_size: 一幀完整數(shù)據(jù)的大小
 *
 * @return: 解析器
 */
DataParser *parser_init(uint8 *_data_header, uint8 _header_size, uint8 *_data_footer, uint8 _foot_size, uint8 _data_frame_size)
{
    if((_header_size+_foot_size) > _data_frame_size || (_header_size+_foot_size) == 0)
        return NULL;
 
    DataParser *parser = (DataParser *)malloc(sizeof(DataParser));
    parser->parser_queue = init_queue(_data_frame_size);
    parser->resule_pointer = NULL;
    parser->data_header = _data_header;
    parser->header_size = _header_size;
	parser->data_footer = _data_footer;
	parser->footer_size = _foot_size;
    parser->result_size = _data_frame_size - parser->header_size - parser->footer_size;
    parser->parserResult = RESULT_FALSE;
 
    while(_data_frame_size-- > 0)
    {
        en_queue(parser->parser_queue, 0);
    }
 
    return parser;
}
 
/**
 * 將數(shù)據(jù)添加到解析器中進行解析
 *
 * @_parser: 解析器
 * @_data: 要解析的數(shù)據(jù)
 *
 * @return: 當前解析結(jié)果，返回 RESULT_TRUE 代表成功解析出一幀數(shù)據(jù)
 */
ParserResult parser_put_data(DataParser *_parser, uint8 _data)
{
    uint8 i;
    Node *node;
 
	if(_parser == NULL)
		return RESULT_FALSE;
 
    en_queue(_parser->parser_queue, _data);
 
	/* 校驗數(shù)據(jù)尾 */
	node = _parser->parser_queue->back;
	for(i = _parser->footer_size; i > 0; i--)
	{
		if(node->data != _parser->data_footer[i-1])
            goto DATA_FRAME_FALSE;
        node = node->pre_node;
	}
 
	/* 校驗數(shù)據(jù)頭 */
    node = _parser->parser_queue->front;
    for(i = 0; i < _parser->header_size; i++)
    {
        if(node->data != _parser->data_header[i])
            goto DATA_FRAME_FALSE;
        node = node->next_node;
    }
 
    if(_parser->resule_pointer == NULL    _parser->result_size > 0)
        _parser->resule_pointer = node;
    if(_parser->parserResult != RESULT_TRUE)
    	_parser->parserResult = RESULT_TRUE;
    return _parser->parserResult;
 
DATA_FRAME_FALSE:
    if(_parser->resule_pointer != NULL)
        _parser->resule_pointer = NULL;
    if(_parser->parserResult != RESULT_FALSE)
        _parser->parserResult = RESULT_FALSE;
    return _parser->parserResult;
 
}
 
/**
 * 解析成功后從解析器中取出解析結(jié)果
 *
 * @_parser: 解析器
 * @_index: 解析結(jié)果集合中的第 _index 個數(shù)據(jù)
 *
 * @return: 獲取解析成功的數(shù)據(jù)，返回 -1 代表數(shù)據(jù)獲取失敗
 */
int parser_get_data(DataParser *_parser, uint8 _index)
{
    Node *node;
    if(_parser == NULL
	|| _parser->parserResult != RESULT_TRUE
    || _index >= _parser->result_size
    || _parser->resule_pointer == NULL)
        return -1;
    node = _parser->resule_pointer;
    while(_index > 0)
    {
        node = node->next_node;
        _index--;
    }
    return node->data;
}
 
/**
 * 重置解析器
 *
 * @_parser: 解析器
 */
void parser_reset(DataParser *_parser)
{
	uint8 _data_frame_size;
 
	if(_parser == NULL)
		return;
 
	_data_frame_size = _parser->parser_queue->size;
	while(_data_frame_size-- > 0)
    {
        en_queue(_parser->parser_queue, 0);
    }
    _parser->resule_pointer = NULL;
    _parser->parserResult = RESULT_FALSE;
}
 
/**
 * 釋放解析器
 *
 * @_parser: 解析器
 */
void parser_release(DataParser *_parser)
{
	if(_parser == NULL)
		return;
    release_queue(_parser->parser_queue);
    free(_parser);
    _parser = NULL;
}

接下來編寫測試代碼測試一下：

/* main.c */
 
#include 
#include "parser.h"
 
int main()
{
    uint8 i;
    // 數(shù)據(jù)頭
    uint8 data_header[] = {0xAA, 0xAA, 0x04, 0x80, 0x02};
    // 要解析的數(shù)據(jù)，測試用
    uint8 data[] = {
        0xAA, 0xAA, 0x04, 0x80, 0x02, 0x00, 0x02, 0x7B, 0xAA, 0xAA, 0x04, 0x80,
        0x02, 0x00, 0x08, 0x75, 0xAA, 0xAA, 0x04, 0x80, 0x02, 0x00, 0x9B, 0xE2,
        0xAA, 0xAA, 0x04, 0x80, 0x02, 0x00, 0xF6, 0x87, 0xAA, 0xAA, 0x04, 0x80,
        0x02, 0x00, 0xEC, 0x91, 0xAA, 0xAA, 0x04, 0x80, 0x02, 0x01, 0x15, 0x67,
        0xAA, 0xAA, 0x04, 0x80, 0x02, 0x01, 0x49, 0x33, 0xAA, 0xAA, 0x04, 0x80,
        0x02, 0x00, 0xE7, 0x96, 0xAA, 0xAA, 0x04, 0x80, 0x02, 0x00, 0x68, 0x15,
        0xAA, 0xAA, 0x04, 0x80, 0x02, 0x00, 0x3C, 0x41, 0xAA, 0xAA, 0x04, 0x80,
        0x02, 0x00, 0x66, 0x17, 0xAA, 0xAA, 0x04, 0x80, 0x02, 0x00, 0xA5, 0xD8,
        0xAA, 0xAA, 0x04, 0x80, 0x02, 0x01, 0x26, 0x56, 0xAA, 0xAA, 0x04, 0x80,
        0x02, 0x01, 0x73, 0x09, 0xAA, 0xAA, 0x04, 0x80, 0x02, 0x01, 0x64, 0x18,
        0xAA, 0xAA, 0x04, 0x80, 0x02, 0x01, 0x8B, 0xF1, 0xAA, 0xAA, 0x04, 0x80,
        0x02, 0x01, 0xC6, 0xB6, 0xAA, 0xAA, 0x04, 0x80, 0x02, 0x01, 0x7B, 0x01,
        0xAA, 0xAA, 0x04, 0x80, 0x02, 0x00, 0xCB, 0xB2, 0xAA, 0xAA, 0x04, 0x80,
        0x02, 0x00, 0x2C, 0x51, 0xAA, 0xAA, 0x04, 0x80, 0x02, 0xFF, 0xE5, 0x99
    };
 
    /**
     * 初始化一個解析器
     * 第一個參數(shù)是數(shù)據(jù)頭
     * 第二個參數(shù)是數(shù)據(jù)頭長度
     * 第三個參數(shù)是數(shù)據(jù)尾指針
     * 第四個參數(shù)是數(shù)據(jù)尾大小
     * 第五個參數(shù)是一整幀數(shù)據(jù)的大小
     */
    DataParser *data_parser = parser_init(data_header, sizeof(data_header), NULL, 0, 8);
 
    // 將要解析的數(shù)據(jù)逐個取出，添加到解析器中
    for(i = 0; i < sizeof(data); i++)
    {
        // 解析數(shù)據(jù)，返回 RESULT_TRUE 代表成功解析出一組數(shù)據(jù)
        if(parser_put_data(data_parser, data[i]) == RESULT_TRUE)
        {
            printf("成功解析出一幀數(shù)據(jù)...n");
 
            /* 一位一位取出解析后的數(shù)據(jù) */
            printf("第一個數(shù)據(jù)是：0x%xn", parser_get_data(data_parser, 0));
            printf("第二個數(shù)據(jù)是：0x%xn", parser_get_data(data_parser, 1));
            printf("第三個數(shù)據(jù)是：0x%xnnn", parser_get_data(data_parser, 2));
        }
    }
 
    // 當不再需要解析器時，應(yīng)該把解析器釋放掉，回收內(nèi)存，避免造成內(nèi)存泄漏
    parser_release(data_parser);
 
    return 0;
}

測試結(jié)果如下：

從上面可以看出，解析的結(jié)果與目標一致。

github地址：https://github.com/528787067/DataFrameParser
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