Làm cách nào để phân tích/mã hóa các định dạng thông báo nhị phân?

Question

Tôi cần phải phân tích cú pháp và mã hóa thành định dạng thông điệp nhị phân cũ trong Java. Tôi bắt đầu bằng cách sử dụng DataOutputStream để đọc/ghi các kiểu nguyên thủy nhưng vấn đề tôi gặp phải là định dạng tin nhắn không sắp xếp độc đáo với các offset byte và bao gồm các cờ bit.

Ví dụ tôi phải đối phó với những thông điệp như thế này:

+----------+---+---+----------+---------+--------------+ 
+uint32 +b +b + uint32 +4bit enum+32 byte string+ 
+----------+---+---+----------+---------+--------------+ 

đâu (b) là một lá cờ một chút. Vấn đề là các kiểu nguyên thủy java không liên kết với các ranh giới byte vì vậy tôi sẽ không thể sử dụng DataOutputStream để mã hóa điều này vì loại mức thấp nhất mà tôi có thể viết là một byte.

Có thư viện, chuẩn hoặc bên thứ ba nào để xử lý các định dạng thông báo mức bit tùy ý không?

Chỉnh sửa: Nhờ @Software Monkey vì buộc tôi phải xem thông số kỹ thuật của tôi chặt chẽ hơn. Spec tôi đang sử dụng thực sự sắp xếp trên ranh giới byte để DataOutputStream là thích hợp. Cho câu hỏi ban đầu của tôi mặc dù tôi đã đi với giải pháp được đề xuất bởi @emboss.

Chỉnh sửa: Mặc dù định dạng thông báo cho câu hỏi này được phát hiện là trên ranh giới byte Tôi đã gặp một định dạng thư khác có thể áp dụng cho câu hỏi gốc. Định dạng này định nghĩa một ánh xạ ký tự 6 bit trong đó mỗi ký tự thực sự chỉ chiếm 6 bit, không phải là byte đầy đủ, vì vậy các chuỗi ký tự không được căn chỉnh trên các ranh giới byte. Tôi đã phát hiện một số luồng đầu ra nhị phân giải quyết vấn đề này. Như thế này: http://introcs.cs.princeton.edu/java/stdlib/BinaryOut.java.html

Answer 1

Có một BUILTIN byte loại trong Java, và bạn có thể đọc vào bộ đệm byte[] tốt sử dụng InputStream#read(byte[]) và ghi vào một OutputStream sử dụng OutputStream#write(byte[], int, int), vì vậy không có vấn đề trong đó.

Về thông điệp của bạn - khi bạn ghi nhận một cách chính xác, các bit nhỏ nhất của thông tin bạn nhận được tại một thời điểm là một byte, vì vậy bạn sẽ phải phân hủy định dạng thông điệp của bạn thành 8 khối bit đầu tiên:

Giả sử tin nhắn của bạn là một byte [] có tên dữ liệu. Tôi cũng cho rằng một chút ít kiên định.

Một uint32 dài 32 bit -> đó là bốn byte. (Hãy cẩn thận khi phân tích cú pháp này trong Java, các số nguyên và thời gian Java được ký, bạn cần phải xử lý điều đó. Một cách dễ dàng để tránh sự cố sẽ mất nhiều thời gian cho điều đó. [0] điền bit 31 - 24, dữ liệu [1] 23 - 16, dữ liệu [2] bit 15-8 và dữ liệu [3] bit 7 đến 0. Vì vậy, bạn cần phải thay đổi chúng một cách thích hợp để ở bên trái và dán chúng lại với nhau với logic OR:

long uint32 = ((data[0]&0xFF) << 24) | 
       ((data[1]&0xFF) << 16) | 
       ((data[2]&0xFF) << 8) | 
       (data[3]&0xFF); 

Tiếp theo, có hai bit đơn.Tôi cho rằng bạn phải kiểm tra xem chúng có "on" (1) hay "off" (0) Để làm điều này, bạn sử dụng bit mask và so sánh byte của bạn với logic AND.

chút Đầu tiên: (nhị phân nạ | 1 0 0 0 0 0 0 0 | = 128 = 0x80)

if ((data[4] & 0x80) == 0x80) // on 

chút Thứ hai: (nhị phân nạ | 0 1 0 0 0 0 0 0 | = 64 = 0x40)

if ((data[4] & 0x40) == 0x40) // on 

Để soạn uint32 tiếp theo, bạn sẽ phải soạn byte trên ranh giới byte của dữ liệu cơ bản. Ví dụ. đối với byte đầu tiên lấy 6 bit dữ liệu còn lại [4], dịch hai bit sang trái (chúng sẽ là bit 8 đến 2 của uint32) và "thêm" dữ liệu đầu tiên (cao nhất) hai [5] bằng cách dịch chuyển họ 6 bit bên phải (họ sẽ lấy 1 và 0 khe còn lại của uint32). "Đang thêm" có nghĩa là một cách hợp lý OR'ing:

byte uint32Byte1 = (byte)((data[4]&0xFF) << 2 | (data[5]&&0xFF) >> 6); 

Xây dựng uint32 của bạn sau đó cũng giống như trong ví dụ đầu tiên. Vân vân và vân vân.

Answer 2

Bạn cần áp dụng bit arithmetics (AND, OR, AND NOT operator) để thay đổi hoặc đọc các bit đơn trong một byte trong Java. Toán tử số học là &, | và ~

Answer 3

Tôi đã nghe những điều thú vị về Preon.

Answer 4

Chỉ cần để thêm vào câu trả lời pholser, tôi nghĩ rằng phiên bản Preon sẽ là một cái gì đó như thế này:

class DataStructure { 
    @BoundNumber(size="32") long  first; // uint32 
    @Bound     boolean second; // boolean 
    @Bound     boolean third; // boolean 
    @BoundNumber(size="32") long  fourth; // uint32 
    @BoundNumber(size="4") int  fifth; // enum 
    @BoundString(size="32") String  sixth; // string 
} 

... nhưng trong thực tế, bạn có thể làm cho cuộc sống của bạn dễ dàng hơn bằng cách sử dụng hỗ trợ Preon của for dealing with enumerations directly.

Tạo một Codec cho nó và sử dụng nó để giải mã một số dữ liệu sẽ là một cái gì đó như thế này:

Codec<DataStructure> codec = Codecs.create(DataStructure.class) 
DataStructure data = Codecs.decode(codec, ....) 

Answer 5

với Java Binary Block Parser kịch bản để phân tích thông điệp sẽ

class Parsed { 
    @Bin int field1; 
    @Bin (type = BinType.BIT) boolean field2; 
    @Bin(type = BinType.BIT) boolean field3; 
    @Bin int field4; 
    @Bin(type = BinType.BIT) int enums; 
    @Bin(type = BinType.UBYTE_ARRAY) String str; 
    } 

    Parsed parsed = JBBPParser.prepare("int field1; bit field2; bit field3; int field4; bit:4 enums; ubyte [32] str;").parse(STREAM).mapTo(Parsed.class);