面试题：Objective-C下Core Bluetooth的复杂数据处理

Question

假设你正在开发一个通过蓝牙接收大量传感器数据的应用，数据以特定格式在Characteristic中传输。请阐述如何在Objective-C中利用Core Bluetooth框架高效接收、解析这些数据，同时要考虑数据的完整性、错误处理以及如何优化内存使用。

Answer 1

1. 初始化Core Bluetooth框架
   • 导入<CoreBluetooth/CoreBluetooth.h>头文件。
   • 创建一个CBCentralManager实例来管理与蓝牙设备的连接，例如：

   self.centralManager = [[CBCentralManager alloc] initWithDelegate:self queue:nil];
   

2. 扫描并连接设备
   • 在CBCentralManagerDelegate的centralManagerDidUpdateState:方法中检查蓝牙状态，确保蓝牙可用后开始扫描：

   - (void)centralManagerDidUpdateState:(CBCentralManager *)central {
       if (central.state == CBCentralManagerStatePoweredOn) {
           [self.centralManager scanForPeripheralsWithServices:nil options:nil];
       }
   }
   

   • 实现centralManager:didDiscoverPeripheral:advertisementData:RSSI:方法来发现设备，并连接感兴趣的设备：

   - (void)centralManager:(CBCentralManager *)central didDiscoverPeripheral:(CBPeripheral *)peripheral advertisementData:(NSDictionary<NSString *,id> *)advertisementData RSSI:(NSNumber *)RSSI {
       // 存储设备引用
       self.discoveredPeripheral = peripheral;
       self.discoveredPeripheral.delegate = self;
       [self.centralManager connectPeripheral:self.discoveredPeripheral options:nil];
   }
   

3. 发现服务和特征
   • 实现centralManager:didConnectPeripheral:方法，在连接成功后发现设备的服务：

   - (void)centralManager:(CBCentralManager *)central didConnectPeripheral:(CBPeripheral *)peripheral {
       [peripheral discoverServices:nil];
   }
   

   • 实现peripheral:didDiscoverServices:方法来发现服务中的特征，假设已知特征的UUID，可以直接获取：

   - (void)peripheral:(CBPeripheral *)peripheral didDiscoverServices:(NSError *)error {
       for (CBService *service in peripheral.services) {
           [peripheral discoverCharacteristics:@[YOUR_CHARACTERISTIC_UUID] forService:service];
       }
   }
   

4. 接收数据
   • 实现peripheral:didDiscoverCharacteristicsForService:error:方法，为特征设置通知：

   - (void)peripheral:(CBPeripheral *)peripheral didDiscoverCharacteristicsForService:(CBService *)service error:(NSError *)error {
       for (CBCharacteristic *characteristic in service.characteristics) {
           if ([characteristic.UUID isEqual:YOUR_CHARACTERISTIC_UUID]) {
               [peripheral setNotifyValue:YES forCharacteristic:characteristic];
           }
       }
   }
   

   • 实现peripheral:didUpdateValueForCharacteristic:error:方法来接收数据：

   - (void)peripheral:(CBPeripheral *)peripheral didUpdateValueForCharacteristic:(CBCharacteristic *)characteristic error:(NSError *)error {
       if (error) {
           // 错误处理
           NSLog(@"Error receiving data: %@", error);
           return;
       }
       NSData *data = characteristic.value;
       // 数据解析
       [self parseData:data];
   }
   

5. 数据解析
   • 假设数据有特定格式，例如是一系列的整数，可以这样解析：

   - (void)parseData:(NSData *)data {
       NSUInteger length = data.length;
       const uint8_t *bytes = data.bytes;
       NSMutableArray *parsedData = [NSMutableArray array];
       for (NSUInteger i = 0; i < length; i += sizeof(int)) {
           int value;
           memcpy(&value, &bytes[i], sizeof(int));
           [parsedData addObject:@(value)];
       }
       // 处理解析后的数据
       NSLog(@"Parsed data: %@", parsedData);
   }
   

6. 数据完整性
   • 可以在数据格式中加入校验和字段。在发送端计算数据的校验和并附加在数据末尾，接收端在解析数据后重新计算校验和并与接收到的校验和对比。
   • 例如，假设数据是一系列整数，可以这样计算校验和：

   - (NSUInteger)calculateChecksum:(NSData *)data {
       NSUInteger sum = 0;
       const uint8_t *bytes = data.bytes;
       NSUInteger length = data.length;
       for (NSUInteger i = 0; i < length; i += sizeof(int)) {
           int value;
           memcpy(&value, &bytes[i], sizeof(int));
           sum += value;
       }
       return sum;
   }
   

   • 在解析数据时进行校验：

   - (void)parseData:(NSData *)data {
       NSUInteger length = data.length;
       if (length < sizeof(NSUInteger)) {
           // 数据太短，不完整
           NSLog(@"Data is incomplete");
           return;
       }
       NSData *checksumData = [data subdataWithRange:NSMakeRange(length - sizeof(NSUInteger), sizeof(NSUInteger))];
       NSUInteger receivedChecksum;
       [checksumData getBytes:&receivedChecksum length:sizeof(NSUInteger)];
       NSData *contentData = [data subdataWithRange:NSMakeRange(0, length - sizeof(NSUInteger))];
       NSUInteger calculatedChecksum = [self calculateChecksum:contentData];
       if (calculatedChecksum != receivedChecksum) {
           // 校验和不匹配，数据可能损坏
           NSLog(@"Checksum mismatch, data may be corrupted");
           return;
       }
       // 继续正常解析数据
       const uint8_t *bytes = contentData.bytes;
       NSMutableArray *parsedData = [NSMutableArray array];
       for (NSUInteger i = 0; i < contentData.length; i += sizeof(int)) {
           int value;
           memcpy(&value, &bytes[i], sizeof(int));
           [parsedData addObject:@(value)];
       }
       NSLog(@"Parsed data: %@", parsedData);
   }
   

7. 错误处理
   • 在连接、发现服务/特征、接收数据等各个步骤的代理方法中处理错误，例如：

   - (void)centralManager:(CBCentralManager *)central didFailToConnectPeripheral:(CBPeripheral *)peripheral error:(NSError *)error {
       NSLog(@"Failed to connect to peripheral: %@", error);
   }
   - (void)peripheral:(CBPeripheral *)peripheral didDiscoverServices:(NSError *)error {
       if (error) {
           NSLog(@"Failed to discover services: %@", error);
       }
   }
   - (void)peripheral:(CBPeripheral *)peripheral didDiscoverCharacteristicsForService:(CBService *)service error:(NSError *)error {
       if (error) {
           NSLog(@"Failed to discover characteristics: %@", error);
       }
   }
   - (void)peripheral:(CBPeripheral *)peripheral didUpdateValueForCharacteristic:(CBCharacteristic *)characteristic error:(NSError *)error {
       if (error) {
           NSLog(@"Error receiving data: %@", error);
       }
   }
   

8. 内存优化
   • 及时释放不再使用的对象，例如在断开连接后释放CBPeripheral等对象的引用：

   - (void)centralManager:(CBCentralManager *)central didDisconnectPeripheral:(CBPeripheral *)peripheral error:(NSError *)error {
       self.discoveredPeripheral = nil;
   }
   

   • 在数据处理过程中，避免不必要的中间数据副本。例如，在解析数据时尽量直接从NSData的字节数组中读取数据，而不是先转换为其他大对象。

通过以上步骤，可以在Objective - C中利用Core Bluetooth框架高效接收、解析蓝牙传感器数据，并处理好数据完整性、错误以及内存使用问题。