串行数据的二进制通信协议解析器设计

我正在重新审视字节流（串行数据，一次接收 1 个字节）的通信协议解析器设计。

数据包结构（无法更改）为：

|| Start Delimiter (1 byte) | Message ID (1 byte) | Length (1 byte) | Payload (n bytes) | Checksum (1 byte) ||

过去，我以过程状态机方法实现了此类系统。当数据的每个字节到达时，状态机被驱动以查看传入数据在哪里/是否适合一次一个字节地进入有效数据包，并且一旦组装了整个数据包，基于消息 ID 的 switch 语句就会执行消息的适当处理程序。在一些实现中，解析器/状态机/消息处理程序循环位于其自己的线程中，以便不给串行数据接收事件处理程序带来负担，并且由指示字节已被读取的信号量触发。

我想知道是否有一个更优雅的解决方案来解决这个常见问题，利用 C# 和 OO 设计的一些更现代的语言功能。有什么设计模式可以解决这个问题吗？事件驱动、轮询、组合？

我有兴趣听听你的想法。谢谢。

Prembo.

首先，我将数据包解析器与数据流读取器分开（这样我就可以编写测试而不处理流）。然后考虑一个基类，它提供了一种读取数据包的方法和一种写入数据包的方法。

另外，我会构建一个字典（仅一次，然后将其用于将来的调用），如下所示：

class Program {
    static void Main(string[] args) {
        var assembly = Assembly.GetExecutingAssembly();
        IDictionary<byte, Func<Message>> messages = assembly
            .GetTypes()
            .Where(t => typeof(Message).IsAssignableFrom(t) && !t.IsAbstract)
            .Select(t => new {
                Keys = t.GetCustomAttributes(typeof(AcceptsAttribute), true)
                       .Cast<AcceptsAttribute>().Select(attr => attr.MessageId),
                Value = (Func<Message>)Expression.Lambda(
                        Expression.Convert(Expression.New(t), typeof(Message)))
                        .Compile()
            })
            .SelectMany(o => o.Keys.Select(key => new { Key = key, o.Value }))
            .ToDictionary(o => o.Key, v => v.Value); 
            //will give you a runtime error when created if more 
            //than one class accepts the same message id, <= useful test case?
        var m = messages[5](); // consider a TryGetValue here instead
        m.Accept(new Packet());
        Console.ReadKey();
    }
}

[Accepts(5)]
public class FooMessage : Message {
    public override void Accept(Packet packet) {
        Console.WriteLine("here");
    }
}

//turned off for the moment by not accepting any message ids
public class BarMessage : Message {
    public override void Accept(Packet packet) {
        Console.WriteLine("here2");
    }
}

public class Packet {}

public class AcceptsAttribute : Attribute {
    public AcceptsAttribute(byte messageId) { MessageId = messageId; }

    public byte MessageId { get; private set; }
}

public abstract class Message {
    public abstract void Accept(Packet packet);
    public virtual Packet Create() { return new Packet(); }
}

编辑：对这里发生的事情的一些解释：

First:

[Accepts(5)]

这一行是一个 C# 属性（定义为AcceptsAttribute）说FooMessage类接受消息 ID 5。

Second:

是的，字典是在运行时通过反射构建的。您只需要执行一次（我会将其放入一个单例类中，您可以在其上放置一个测试用例，该测试用例可以运行以确保字典正确构建）。

Third:

var m = messages[5]();

此行从字典中获取以下已编译的 lambda 表达式并执行它：

()=>(Message)new FooMessage();

（强制转换在 .NET 3.5 中是必要的，但在 4.0 中则不需要，因为延迟工作方式发生了协变变化，在 4.0 中，类型的对象Func<FooMessage>可以分配给该类型的对象Func<Message>.)

该 lambda 表达式是在字典创建期间由 Value 赋值行构建的：

Value = (Func<Message>)Expression.Lambda(Expression.Convert(Expression.New(t), typeof(Message))).Compile()

（此处的强制转换是将已编译的 lambda 表达式强制转换为Func<Message>.)

我这样做是因为当时我碰巧已经有了可用的类型。您还可以使用：

Value = ()=>(Message)Activator.CreateInstance(t)

但我相信会比较慢（而且这里的演员阵容有必要改变）Func<object> into Func<Message>).

Fourth:

.SelectMany(o => o.Keys.Select(key => new { Key = key, o.Value }))

这样做是因为我觉得您将AcceptsAttribute在一个班级上多次（每个班级接受多个消息 ID）。这还有一个很好的副作用，即忽略没有消息 id 属性的消息类（否则Where 方法需要具有确定该属性是否存在的复杂性）。