pb_encode.c

   1 /* pb_encode.c -- encode a protobuf using minimal resources
   2  *
   3  * 2011 Petteri Aimonen <jpa@kapsi.fi>
   4  */
   5
   6 #define NANOPB_INTERNALS
   7 #include "pb.h"
   8 #include "pb_encode.h"
   9
  10 /* Use the GCC warn_unused_result attribute to check that all return values
  11  * are propagated correctly. On other compilers and gcc before 3.4.0 just
  12  * ignore the annotation.
  13  */
  14 #if !defined(__GNUC__) || ( __GNUC__ < 3) || (__GNUC__ == 3 && __GNUC_MINOR__ < 4)
  15     #define checkreturn
  16 #else
  17     #define checkreturn __attribute__((warn_unused_result))
  18 #endif
  19
  20 /**************************************
  21  * Declarations internal to this file *
  22  **************************************/
  23 typedef bool (*pb_encoder_t)(pb_ostream_t *stream, const pb_field_t *field, const void *src) checkreturn;
  24
  25 static bool checkreturn buf_write(pb_ostream_t *stream, const uint8_t *buf, size_t count);
  26 static bool checkreturn encode_array(pb_ostream_t *stream, const pb_field_t *field, const void *pData, size_t count, pb_encoder_t func);
  27 static bool checkreturn encode_field(pb_ostream_t *stream, const pb_field_t *field, const void *pData);
  28 static bool checkreturn default_extension_encoder(pb_ostream_t *stream, const pb_extension_t *extension);
  29 static bool checkreturn encode_extension_field(pb_ostream_t *stream, const pb_field_t *field, const void *pData);
  30 static bool checkreturn pb_enc_varint(pb_ostream_t *stream, const pb_field_t *field, const void *src);
  31 static bool checkreturn pb_enc_uvarint(pb_ostream_t *stream, const pb_field_t *field, const void *src);
  32 static bool checkreturn pb_enc_svarint(pb_ostream_t *stream, const pb_field_t *field, const void *src);
  33 static bool checkreturn pb_enc_fixed32(pb_ostream_t *stream, const pb_field_t *field, const void *src);
  34 static bool checkreturn pb_enc_fixed64(pb_ostream_t *stream, const pb_field_t *field, const void *src);
  35 static bool checkreturn pb_enc_bytes(pb_ostream_t *stream, const pb_field_t *field, const void *src);
  36 static bool checkreturn pb_enc_string(pb_ostream_t *stream, const pb_field_t *field, const void *src);
  37 static bool checkreturn pb_enc_submessage(pb_ostream_t *stream, const pb_field_t *field, const void *src);
  38
  39 /* --- Function pointers to field encoders ---
  40  * Order in the array must match pb_action_t LTYPE numbering.
  41  */
  42 static const pb_encoder_t PB_ENCODERS[PB_LTYPES_COUNT] = {
  43     &pb_enc_varint,
  44     &pb_enc_uvarint,
  45     &pb_enc_svarint,
  46     &pb_enc_fixed32,
  47     &pb_enc_fixed64,
  48
  49     &pb_enc_bytes,
  50     &pb_enc_string,
  51     &pb_enc_submessage,
  52     NULL /* extensions */
  53 };
  54
  55 /*******************************
  56  * pb_ostream_t implementation *
  57  *******************************/
  58
  59 static bool checkreturn buf_write(pb_ostream_t *stream, const uint8_t *buf, size_t count)
  60 {
  61     uint8_t *dest = (uint8_t*)stream->state;
  62     stream->state = dest + count;
  63
  64     while (count--)
  65         *dest++ = *buf++;
  66
  67     return true;
  68 }
  69
  70 pb_ostream_t pb_ostream_from_buffer(uint8_t *buf, size_t bufsize)
  71 {
  72     pb_ostream_t stream;
  73 #ifdef PB_BUFFER_ONLY
  74     stream.callback = (void*)1; /* Just a marker value */
  75 #else
  76     stream.callback = &buf_write;
  77 #endif
  78     stream.state = buf;
  79     stream.max_size = bufsize;
  80     stream.bytes_written = 0;
  81 #ifndef PB_NO_ERRMSG
  82     stream.errmsg = NULL;
  83 #endif
  84     return stream;
  85 }
  86
  87 bool checkreturn pb_write(pb_ostream_t *stream, const uint8_t *buf, size_t count)
  88 {
  89     if (stream->callback != NULL)
  90     {
  91         if (stream->bytes_written + count > stream->max_size)
  92             PB_RETURN_ERROR(stream, "stream full");
  93
  94 #ifdef PB_BUFFER_ONLY
  95         if (!buf_write(stream, buf, count))
  96             PB_RETURN_ERROR(stream, "io error");
  97 #else
  98         if (!stream->callback(stream, buf, count))
  99             PB_RETURN_ERROR(stream, "io error");
 100 #endif
 101     }
 102
 103     stream->bytes_written += count;
 104     return true;
 105 }
 106
 107 /*************************
 108  * Encode a single field *
 109  *************************/
 110
 111 /* Encode a static array. Handles the size calculations and possible packing. */
 112 static bool checkreturn encode_array(pb_ostream_t *stream, const pb_field_t *field,
 113                          const void *pData, size_t count, pb_encoder_t func)
 114 {
 115     size_t i;
 116     const void *p;
 117     size_t size;
 118
 119     if (count == 0)
 120         return true;
 121
 122     if (PB_ATYPE(field->type) != PB_ATYPE_POINTER && count > field->array_size)
 123         PB_RETURN_ERROR(stream, "array max size exceeded");
 124
 125     /* We always pack arrays if the datatype allows it. */
 126     if (PB_LTYPE(field->type) <= PB_LTYPE_LAST_PACKABLE)
 127     {
 128         if (!pb_encode_tag(stream, PB_WT_STRING, field->tag))
 129             return false;
 130
 131         /* Determine the total size of packed array. */
 132         if (PB_LTYPE(field->type) == PB_LTYPE_FIXED32)
 133         {
 134             size = 4 * count;
 135         }
 136         else if (PB_LTYPE(field->type) == PB_LTYPE_FIXED64)
 137         {
 138             size = 8 * count;
 139         }
 140         else
 141         {
 142             pb_ostream_t sizestream = PB_OSTREAM_SIZING;
 143             p = pData;
 144             for (i = 0; i < count; i++)
 145             {
 146                 if (!func(&sizestream, field, p))
 147                     return false;
 148                 p = (const char*)p + field->data_size;
 149             }
 150             size = sizestream.bytes_written;
 151         }
 152
 153         if (!pb_encode_varint(stream, (uint64_t)size))
 154             return false;
 155
 156         if (stream->callback == NULL)
 157             return pb_write(stream, NULL, size); /* Just sizing.. */
 158
 159         /* Write the data */
 160         p = pData;
 161         for (i = 0; i < count; i++)
 162         {
 163             if (!func(stream, field, p))
 164                 return false;
 165             p = (const char*)p + field->data_size;
 166         }
 167     }
 168     else
 169     {
 170         p = pData;
 171         for (i = 0; i < count; i++)
 172         {
 173             if (!pb_encode_tag_for_field(stream, field))
 174                 return false;
 175
 176             /* Normally the data is stored directly in the array entries, but
 177              * for pointer-type string fields, the array entries are actually
 178              * string pointers. So we have to dereference once more to get to
 179              * the character data. */
 180             if (PB_ATYPE(field->type) == PB_ATYPE_POINTER &&
 181                 PB_LTYPE(field->type) == PB_LTYPE_STRING)
 182             {
 183                 if (!func(stream, field, *(const void* const*)p))
 184                     return false;
 185             }
 186             else
 187             {
 188                 if (!func(stream, field, p))
 189                     return false;
 190             }
 191             p = (const char*)p + field->data_size;
 192         }
 193     }
 194
 195     return true;
 196 }
 197
 198 /* Encode a field with static or pointer allocation, i.e. one whose data
 199  * is available to the encoder directly. */
 200 static bool checkreturn encode_basic_field(pb_ostream_t *stream,
 201     const pb_field_t *field, const void *pData)
 202 {
 203     pb_encoder_t func;
 204     const void *pSize;
 205     bool implicit_has = true;
 206
 207     func = PB_ENCODERS[PB_LTYPE(field->type)];
 208
 209     if (field->size_offset)
 210         pSize = (const char*)pData + field->size_offset;
 211     else
 212         pSize = &implicit_has;
 213
 214     if (PB_ATYPE(field->type) == PB_ATYPE_POINTER)
 215     {
 216         /* pData is a pointer to the field, which contains pointer to
 217          * the data. If the 2nd pointer is NULL, it is interpreted as if
 218          * the has_field was false.
 219          */
 220
 221         pData = *(const void* const*)pData;
 222         implicit_has = (pData != NULL);
 223     }
 224
 225     switch (PB_HTYPE(field->type))
 226     {
 227         case PB_HTYPE_REQUIRED:
 228             if (!pData)
 229                 PB_RETURN_ERROR(stream, "missing required field");
 230             if (!pb_encode_tag_for_field(stream, field))
 231                 return false;
 232             if (!func(stream, field, pData))
 233                 return false;
 234             break;
 235
 236         case PB_HTYPE_OPTIONAL:
 237             if (*(const bool*)pSize)
 238             {
 239                 if (!pb_encode_tag_for_field(stream, field))
 240                     return false;
 241
 242                 if (!func(stream, field, pData))
 243                     return false;
 244             }
 245             break;
 246
 247         case PB_HTYPE_REPEATED:
 248             if (!encode_array(stream, field, pData, *(const size_t*)pSize, func))
 249                 return false;
 250             break;
 251
 252         default:
 253             PB_RETURN_ERROR(stream, "invalid field type");
 254     }
 255
 256     return true;
 257 }
 258
 259 /* Encode a field with callback semantics. This means that a user function is
 260  * called to provide and encode the actual data. */
 261 static bool checkreturn encode_callback_field(pb_ostream_t *stream,
 262     const pb_field_t *field, const void *pData)
 263 {
 264     const pb_callback_t *callback = (const pb_callback_t*)pData;
 265
 266 #ifdef PB_OLD_CALLBACK_STYLE
 267     const void *arg = callback->arg;
 268 #else
 269     void * const *arg = &(callback->arg);
 270 #endif
 271
 272     if (callback->funcs.encode != NULL)
 273     {
 274         if (!callback->funcs.encode(stream, field, arg))
 275             PB_RETURN_ERROR(stream, "callback error");
 276     }
 277     return true;
 278 }
 279
 280 /* Encode a single field of any callback or static type. */
 281 static bool checkreturn encode_field(pb_ostream_t *stream,
 282     const pb_field_t *field, const void *pData)
 283 {
 284     switch (PB_ATYPE(field->type))
 285     {
 286         case PB_ATYPE_STATIC:
 287         case PB_ATYPE_POINTER:
 288             return encode_basic_field(stream, field, pData);
 289
 290         case PB_ATYPE_CALLBACK:
 291             return encode_callback_field(stream, field, pData);
 292
 293         default:
 294             PB_RETURN_ERROR(stream, "invalid field type");
 295     }
 296 }
 297
 298 /* Default handler for extension fields. Expects to have a pb_field_t
 299  * pointer in the extension->type->arg field. */
 300 static bool checkreturn default_extension_encoder(pb_ostream_t *stream,
 301     const pb_extension_t *extension)
 302 {
 303     const pb_field_t *field = (const pb_field_t*)extension->type->arg;
 304     return encode_field(stream, field, extension->dest);
 305 }
 306
 307 /* Walk through all the registered extensions and give them a chance
 308  * to encode themselves. */
 309 static bool checkreturn encode_extension_field(pb_ostream_t *stream,
 310     const pb_field_t *field, const void *pData)
 311 {
 312     const pb_extension_t *extension = *(const pb_extension_t* const *)pData;
 313     UNUSED(field);
 314
 315     while (extension)
 316     {
 317         bool status;
 318         if (extension->type->encode)
 319             status = extension->type->encode(stream, extension);
 320         else
 321             status = default_extension_encoder(stream, extension);
 322
 323         if (!status)
 324             return false;
 325
 326         extension = extension->next;
 327     }
 328
 329     return true;
 330 }
 331
 332 /*********************
 333  * Encode all fields *
 334  *********************/
 335
 336 bool checkreturn pb_encode(pb_ostream_t *stream, const pb_field_t fields[], const void *src_struct)
 337 {
 338     const pb_field_t *field = fields;
 339     const void *pData = src_struct;
 340     size_t prev_size = 0;
 341
 342     while (field->tag != 0)
 343     {
 344         pData = (const char*)pData + prev_size + field->data_offset;
 345         if (PB_ATYPE(field->type) == PB_ATYPE_POINTER)
 346             prev_size = sizeof(const void*);
 347         else
 348             prev_size = field->data_size;
 349
 350         /* Special case for static arrays */
 351         if (PB_ATYPE(field->type) == PB_ATYPE_STATIC &&
 352             PB_HTYPE(field->type) == PB_HTYPE_REPEATED)
 353         {
 354             prev_size *= field->array_size;
 355         }
 356
 357         if (PB_LTYPE(field->type) == PB_LTYPE_EXTENSION)
 358         {
 359             /* Special case for the extension field placeholder */
 360             if (!encode_extension_field(stream, field, pData))
 361                 return false;
 362         }
 363         else
 364         {
 365             /* Regular field */
 366             if (!encode_field(stream, field, pData))
 367                 return false;
 368         }
 369
 370         field++;
 371     }
 372
 373     return true;
 374 }
 375
 376 bool pb_encode_delimited(pb_ostream_t *stream, const pb_field_t fields[], const void *src_struct)
 377 {
 378     return pb_encode_submessage(stream, fields, src_struct);
 379 }
 380
 381 /********************
 382  * Helper functions *
 383  ********************/
 384 bool checkreturn pb_encode_varint(pb_ostream_t *stream, uint64_t value)
 385 {
 386     uint8_t buffer[10];
 387     size_t i = 0;
 388
 389     if (value == 0)
 390         return pb_write(stream, (uint8_t*)&value, 1);
 391
 392     while (value)
 393     {
 394         buffer[i] = (uint8_t)((value & 0x7F) | 0x80);
 395         value >>= 7;
 396         i++;
 397     }
 398     buffer[i-1] &= 0x7F; /* Unset top bit on last byte */
 399
 400     return pb_write(stream, buffer, i);
 401 }
 402
 403 bool checkreturn pb_encode_svarint(pb_ostream_t *stream, int64_t value)
 404 {
 405     uint64_t zigzagged;
 406     if (value < 0)
 407         zigzagged = (uint64_t)(~(value << 1));
 408     else
 409         zigzagged = (uint64_t)(value << 1);
 410
 411     return pb_encode_varint(stream, zigzagged);
 412 }
 413
 414 bool checkreturn pb_encode_fixed32(pb_ostream_t *stream, const void *value)
 415 {
 416     #ifdef __BIG_ENDIAN__
 417     const uint8_t *bytes = value;
 418     uint8_t lebytes[4];
 419     lebytes[0] = bytes[3];
 420     lebytes[1] = bytes[2];
 421     lebytes[2] = bytes[1];
 422     lebytes[3] = bytes[0];
 423     return pb_write(stream, lebytes, 4);
 424     #else
 425     return pb_write(stream, (const uint8_t*)value, 4);
 426     #endif
 427 }
 428
 429 bool checkreturn pb_encode_fixed64(pb_ostream_t *stream, const void *value)
 430 {
 431     #ifdef __BIG_ENDIAN__
 432     const uint8_t *bytes = value;
 433     uint8_t lebytes[8];
 434     lebytes[0] = bytes[7];
 435     lebytes[1] = bytes[6];
 436     lebytes[2] = bytes[5];
 437     lebytes[3] = bytes[4];
 438     lebytes[4] = bytes[3];
 439     lebytes[5] = bytes[2];
 440     lebytes[6] = bytes[1];
 441     lebytes[7] = bytes[0];
 442     return pb_write(stream, lebytes, 8);
 443     #else
 444     return pb_write(stream, (const uint8_t*)value, 8);
 445     #endif
 446 }
 447
 448 bool checkreturn pb_encode_tag(pb_ostream_t *stream, pb_wire_type_t wiretype, uint32_t field_number)
 449 {
 450     uint64_t tag = wiretype | (field_number << 3);
 451     return pb_encode_varint(stream, tag);
 452 }
 453
 454 bool checkreturn pb_encode_tag_for_field(pb_ostream_t *stream, const pb_field_t *field)
 455 {
 456     pb_wire_type_t wiretype;
 457     switch (PB_LTYPE(field->type))
 458     {
 459         case PB_LTYPE_VARINT:
 460         case PB_LTYPE_UVARINT:
 461         case PB_LTYPE_SVARINT:
 462             wiretype = PB_WT_VARINT;
 463             break;
 464
 465         case PB_LTYPE_FIXED32:
 466             wiretype = PB_WT_32BIT;
 467             break;
 468
 469         case PB_LTYPE_FIXED64:
 470             wiretype = PB_WT_64BIT;
 471             break;
 472
 473         case PB_LTYPE_BYTES:
 474         case PB_LTYPE_STRING:
 475         case PB_LTYPE_SUBMESSAGE:
 476             wiretype = PB_WT_STRING;
 477             break;
 478
 479         default:
 480             PB_RETURN_ERROR(stream, "invalid field type");
 481     }
 482
 483     return pb_encode_tag(stream, wiretype, field->tag);
 484 }
 485
 486 bool checkreturn pb_encode_string(pb_ostream_t *stream, const uint8_t *buffer, size_t size)
 487 {
 488     if (!pb_encode_varint(stream, (uint64_t)size))
 489         return false;
 490
 491     return pb_write(stream, buffer, size);
 492 }
 493
 494 bool checkreturn pb_encode_submessage(pb_ostream_t *stream, const pb_field_t fields[], const void *src_struct)
 495 {
 496     /* First calculate the message size using a non-writing substream. */
 497     pb_ostream_t substream = PB_OSTREAM_SIZING;
 498     size_t size;
 499     bool status;
 500
 501     if (!pb_encode(&substream, fields, src_struct))
 502     {
 503 #ifndef PB_NO_ERRMSG
 504         stream->errmsg = substream.errmsg;
 505 #endif
 506         return false;
 507     }
 508
 509     size = substream.bytes_written;
 510
 511     if (!pb_encode_varint(stream, (uint64_t)size))
 512         return false;
 513
 514     if (stream->callback == NULL)
 515         return pb_write(stream, NULL, size); /* Just sizing */
 516
 517     if (stream->bytes_written + size > stream->max_size)
 518         PB_RETURN_ERROR(stream, "stream full");
 519
 520     /* Use a substream to verify that a callback doesn't write more than
 521      * what it did the first time. */
 522     substream.callback = stream->callback;
 523     substream.state = stream->state;
 524     substream.max_size = size;
 525     substream.bytes_written = 0;
 526 #ifndef PB_NO_ERRMSG
 527     substream.errmsg = NULL;
 528 #endif
 529
 530     status = pb_encode(&substream, fields, src_struct);
 531
 532     stream->bytes_written += substream.bytes_written;
 533     stream->state = substream.state;
 534 #ifndef PB_NO_ERRMSG
 535     stream->errmsg = substream.errmsg;
 536 #endif
 537
 538     if (substream.bytes_written != size)
 539         PB_RETURN_ERROR(stream, "submsg size changed");
 540
 541     return status;
 542 }
 543
 544 /* Field encoders */
 545
 546 bool checkreturn pb_enc_varint(pb_ostream_t *stream, const pb_field_t *field, const void *src)
 547 {
 548     int64_t value = 0;
 549
 550     /* Cases 1 and 2 are for compilers that have smaller types for bool
 551      * or enums. */
 552     switch (field->data_size)
 553     {
 554         case 1: value = *(const int8_t*)src; break;
 555         case 2: value = *(const int16_t*)src; break;
 556         case 4: value = *(const int32_t*)src; break;
 557         case 8: value = *(const int64_t*)src; break;
 558         default: PB_RETURN_ERROR(stream, "invalid data_size");
 559     }
 560
 561     return pb_encode_varint(stream, (uint64_t)value);
 562 }
 563
 564 bool checkreturn pb_enc_uvarint(pb_ostream_t *stream, const pb_field_t *field, const void *src)
 565 {
 566     uint64_t value = 0;
 567
 568     switch (field->data_size)
 569     {
 570         case 4: value = *(const uint32_t*)src; break;
 571         case 8: value = *(const uint64_t*)src; break;
 572         default: PB_RETURN_ERROR(stream, "invalid data_size");
 573     }
 574
 575     return pb_encode_varint(stream, value);
 576 }
 577
 578 bool checkreturn pb_enc_svarint(pb_ostream_t *stream, const pb_field_t *field, const void *src)
 579 {
 580     int64_t value = 0;
 581
 582     switch (field->data_size)
 583     {
 584         case 4: value = *(const int32_t*)src; break;
 585         case 8: value = *(const int64_t*)src; break;
 586         default: PB_RETURN_ERROR(stream, "invalid data_size");
 587     }
 588
 589     return pb_encode_svarint(stream, value);
 590 }
 591
 592 bool checkreturn pb_enc_fixed64(pb_ostream_t *stream, const pb_field_t *field, const void *src)
 593 {
 594     UNUSED(field);
 595     return pb_encode_fixed64(stream, src);
 596 }
 597
 598 bool checkreturn pb_enc_fixed32(pb_ostream_t *stream, const pb_field_t *field, const void *src)
 599 {
 600     UNUSED(field);
 601     return pb_encode_fixed32(stream, src);
 602 }
 603
 604 bool checkreturn pb_enc_bytes(pb_ostream_t *stream, const pb_field_t *field, const void *src)
 605 {
 606     if (PB_ATYPE(field->type) == PB_ATYPE_POINTER)
 607     {
 608         const pb_bytes_ptr_t *bytes = (const pb_bytes_ptr_t*)src;
 609         return pb_encode_string(stream, bytes->bytes, bytes->size);
 610     }
 611     else
 612     {
 613         const pb_bytes_array_t *bytes = (const pb_bytes_array_t*)src;
 614         if (bytes->size + offsetof(pb_bytes_array_t, bytes) > field->data_size)
 615             PB_RETURN_ERROR(stream, "bytes size exceeded");
 616
 617         return pb_encode_string(stream, bytes->bytes, bytes->size);
 618     }
 619 }
 620
 621 bool checkreturn pb_enc_string(pb_ostream_t *stream, const pb_field_t *field, const void *src)
 622 {
 623     /* strnlen() is not always available, so just use a loop */
 624     size_t size = 0;
 625     size_t max_size = field->data_size;
 626     const char *p = (const char*)src;
 627
 628     if (PB_ATYPE(field->type) == PB_ATYPE_POINTER)
 629         max_size = (size_t)-1;
 630
 631     while (size < max_size && *p != '\0')
 632     {
 633         size++;
 634         p++;
 635     }
 636
 637     return pb_encode_string(stream, (const uint8_t*)src, size);
 638 }
 639
 640 bool checkreturn pb_enc_submessage(pb_ostream_t *stream, const pb_field_t *field, const void *src)
 641 {
 642     if (field->ptr == NULL)
 643         PB_RETURN_ERROR(stream, "invalid field descriptor");
 644
 645     return pb_encode_submessage(stream, (const pb_field_t*)field->ptr, src);
 646 }
 647