C语言实现MQTT协议

前提

这里我只是根据我实际用的功能来实现MQTT协议，并没有把MQTT全部实现。

接下来我会介绍我是怎么实现MQTT协议的，希望能给你帮助。

思路

首先介绍一下大致思路。

在头文件中定义

• MQTT的结构体
  这个结构体来保存一些缓冲区的指针，报文的类型，结果代码，错误代码等等。
  

  
  

• 各种报文的结构体
  因为每个报文都不同，不同的位，格式有差异，所以我们需要根据每种报文定义结构体。
  

  
  

• 枚举各个报文的值
  比如枚举出各个报文，用来区分报文。
  

  
  

用宏定义定义一些需要修改的值。

• 超时等待时间
  比如客户端连接服务端，客户端需要等待服务端相应，但是客户端不能一直等待下去，所以我们需要定义一个超时等待时间。
  

  
  

• 与服务端连接保活时间
  这个时间在不同的情景下是有差异，所以需要单独拎出来。
  

  
  

• 缓冲区的大小
  根据需要传输的数据最大大小来设置缓冲区的大小

接下来从头文件开始介绍。

报文类型的枚举

在头文件中将MQTT协议中所以控制报文枚举出来。

注意下枚举的值必须要与MQTT协议中的值一一对应。

/* 报文类型枚举 */
typedef enum
{
    MQTT_CONNECT 	= 0x10U,    //连接
    MQTT_CONNACK 	= 0x20U,    //连接响应
    MQTT_PUBLISH 	= 0x30U,    //发布消息
    MQTT_PUBACK  	= 0x40U,	//发布消息响应 QoS = 1
    MQTT_PUBREC  	= 0x50U,	//发布消息响应 QoS = 2
    MQTT_PUBREL  	= 0x60U,
    MQTT_PUBCOMP 	= 0x70U,
    MQTT_SUBSCRIBE 	= 0x82U,	//订阅
    MQTT_SUBACK 	= 0x90U,	//订阅响应
    MQTT_UNSUBSCRIBE = 0xA2U,	//取消订阅
    MQTT_UNSUBACK 	= 0xB0U,	//取消订阅响应
    MQTT_PINGREQ 	= 0xC0U,	//保活
    MQTT_PINGRESP 	= 0xD0U,	//保活响应
    MQTT_DISCONNECT = 0xE0U		//断开连接
}MessageType_t;

定义了一个新的枚举类型MessageType_t。

数据类型的枚举

因为传输的数据有字符和实数，所以我们需要区分。

为什么实数的枚举值是-1，而字符的枚举值是1，我将在之后讲解。

/* 数据类型枚举 */
typedef enum
{
    NUM = -1,	//数据是实数
    CHAR = 1,   //数据是字符
}DataType_t;

定义了一个新的枚举类型DataType_t。

宏定义

正如上文提到的，定义了一些需要根据情景来修改的数值。

/* 最大超时等待时间 单位毫秒 */
#define MQTT_MAX_TIMES_OUT (1000U)
/* 连接保活时间 单位秒 */
#define MQTT_KEEP_ALIVE 	(300U)
/* 缓冲区的大小 单位字节 */
#define MQTT_BUFF_SIZE 		(200U)

MQTT结构体

/* MQTT结构体 */
typedef struct
{
    MessageType_t messageType;     	//报文的类型
    char *sendBuff;                	//指向数据发送缓冲区的指针
    char *sendBuffPointNow;        	//指向数据发送缓冲区当前位置的指针
    char resultCode;               	//结果返回代码
    unsigned int remainLength;    	//解码获得的剩余长度
    void *returnData;               //指向服务端返回的报文结构体的指针
}MQTT_t;

说明一些需要注意的地方。

• 存储了报文的类型MessageType_t的变量messageType，
• 存储指向数据发送缓冲区的指针sendBuff，该数据发送缓冲区的大小是用宏定义MQTT_BUFF_SIZE定义的。
  

  
  

• 指向数据发送缓冲区当前位置的指针sendBuffPointNow，解释一下就是当我们往数据发送缓冲区写入X个字节后，该指针就会增长X个字节。
  

  
  

• 结果返回代码resultCode，一些报文是需要根据服务端响应的数据来判断状态的，比如CONNECT报文，当我们连接服务端的时候，需要服务端返回CONNACK报文，来指示客户端是否连接成功。
  

  
  

  其中resultCode的初始值也用了一个宏定义定义
  #define MQTT_RESULT_CODE_INIT (0x0F)

• 指向服务端返回的报文结构体的指针returnData，举个例子，客户端连接服务端，服务端会返回一个CONNEACK报文，同时我们也定义一个与CONNACK对应的结构体s，returnData就是指向这个结构体s。
  

  
  

各种报文的结构体

没啥可介绍，把报文中需要设置的位、需要发送的数据等等提取出来就可以。

这里我只贴上几个重要的结构体的定义。

/* 连接服务端结构体 */
typedef struct
{
    unsigned char connectFlag;		//连接标志
    unsigned short keepAliveTime;	//保活时间
    const char *clientID;			//客户端ID
    const char *userName;			//用户名
    const char *password;			//密码
}MQTTConnectStruct_t;

/* 发布消息结构体 */
typedef struct
{
    char RETAIN;
    char QoS;
    char DUP;
    unsigned short messageID;	//报文标识符
    const char *topic;			//主题
    const char *payload;		//有效载荷
}MQTTPublishStruct_t;

/* 订阅主题结构体 */
typedef struct
{
    unsigned short messageID;	//报文标识符(客户端标识符)
    char QoS;
    const char *payload;		//有效载荷
}MQTTSubscribeStruct_t;