b5ef0ea7a0e7b6dff10a05fb82965bb5ab89027b
[senf.git] / senf / Packets / PacketParser.hh
1 // $Id$
2 //
3 // Copyright (C) 2007
4 // Fraunhofer Institute for Open Communication Systems (FOKUS)
5 // Competence Center NETwork research (NET), St. Augustin, GERMANY
6 //     Stefan Bund <g0dil@berlios.be>
7 //
8 // This program is free software; you can redistribute it and/or modify
9 // it under the terms of the GNU General Public License as published by
10 // the Free Software Foundation; either version 2 of the License, or
11 // (at your option) any later version.
12 //
13 // This program is distributed in the hope that it will be useful,
14 // but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
15 // MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the
16 // GNU General Public License for more details.
17 //
18 // You should have received a copy of the GNU General Public License
19 // along with this program; if not, write to the
20 // Free Software Foundation, Inc.,
21 // 59 Temple Place - Suite 330, Boston, MA  02111-1307, USA.
22
23 /** \file
24     \brief PacketParser public header */
25
26 /** \defgroup packetparser The PacketParser facility
27     
28     The PacketParser facility provides a framework to implement very lightweight classes which parse
29     the raw content of a packet into meaningful values. PacketParsers are always passed around
30     <em>by value</em>, they can be understood as pointers into the packet data with added type
31     information providing parsing functions.
32
33     Packet parsers are \e only used within the packet framework. You should never allocate a new
34     parser instance directly, you should the Packet library let that do for you (either by having
35     the parser as a packet parser in a packet type or by having a member in the packet parser which
36     allocates the parser as a sub-parser).
37
38     Parsers are built hierarchically. A high-level parser will return other parsers when accessing
39     an element (Example: Asking an EthernetParser for the ethertype field by calling the parsers \c
40     type() member will return an \c UInt16 parser). The lowest level building blocks then return the
41     values. This hierarchical structure greatly simplifies building complex parsers.
42
43     Since parsers are very lightweight and are passed by value, packet fields are accessed using the
44     corresponding accessor method:
45     \code
46       SomePacket p (...)
47       SomePacket q (...)
48
49       // Assign new value to an integer parser
50       p->someField() = 10;
51
52       // Write out above value
53       std::cerr << p->someField() << "\n";
54
55       // Use the generic parser-assignment operator '<<' to copy field values
56       p->someVector()[1].someOtherField() << q->someField();
57       p->someVector() << q->someVector()
58     \endcode
59
60     Here \c someField(), \c someOtherField() and \c someVector() are accessor methods named after
61     the field name. Each returns a parser object. Simple parsers can be used like their
62     corresponding basic type (e.g. a UInt16Parser field can be used like an unsigned integer), more
63     complex parsers provide type specific access members. Assigning a value to a parser will change
64     the underlying representation (the packet data). 
65
66     Parsers can be grouped into several categories. These categories are not all defined rigorously
67     but are nevertheless helpful when working with the parsers:
68     \li <em>\ref parserimpl_value</em> provide the lowest level parsers (e.g. senf::UInt16Parser which
69         returns an integer value).
70     \li <em>\ref parserimpl_collection</em> are parsers which model a collection of sub-elements like
71         senf::ListParser or senf::VectorParser.
72     \li <em>\ref parserimpl_composite</em> collect several fields of arbitrary type into a new
73         parser. Parsers defined using the \ref packetparsermacros fall under this category.
74     \li <em>\ref parserimpl_packet</em> are used to define a packet type.
75
76     \warning Parsers are like iterators: They are invalidated <em>whenever the size of the packet's
77     data is changed</em>. You should not store a parser anywhere. If you want to keep a parser
78     reference, use the senf::SafePacketParserWrapper wrapper. You still will need to take extra care to
79     ensure the parser is not invalidated.
80
81     \section parserimpl Packet parser categories
82
83     Every parser is derived from senf::PacketParserBase. This class provides the necessary
84     housekeeping information and provides the parsers with access to the data. You may in principle
85     define arbitrary methods as parser members (e.g. methods to calculate a checksum, methods
86     processing fields in some way and so on). You should however be very wary to access data outside
87     the range assigned to the packet (the range starting at \c i() and with a size of senf::bytes()
88     bytes).
89     
90     Each parser type has specific features
91
92     \subsection parserimpl_value Value parsers
93
94     For a parser \a SomeParser to be a value parser, the following expressions must be valid:
95     \code
96     // SomeParser must have a 'value_type', The 'value_type' must be default constructible, copy
97     // constructible and assignable
98     SomeParser::value_type v; 
99
100     // An instance of 'SomeParser' must have a 'value' member which returns a value which may be
101     // assigned to a variable of type 'value_type'
102     v = p.someParserField().value()
103
104     // It must be possible to assign a new value using the 'value' member
105     p.someParserField().value(v)
106     \endcode
107
108     If at all possible, the 'value_type' should not reference the packet data using iterators or
109     pointers, it should hold a copy of the value (it's Ok for \c value() to return such a reference
110     as long as assigning it to a \c value_type variable will copy the value).
111
112     \see parseint
113
114     \subsection parserimpl_collection Collection parsers
115
116     A collection parser \a SomeParser should model STL containers. The parsers themselves will
117     probably only // provide a reduced interface, but the collection parser should have a \c
118     collection member which is a wrapper providing the full interface.
119     \code
120     SomeParser::container c (p.someParserField());
121     \endcode
122
123     You will probably only very seldom need to implement a completely new collection
124     parser. Instead, you can rely on senf::VectorParser or senf::ListParser and implement new
125     policies.
126
127     \see parsecollection
128
129     \subsection parserimpl_composite Composite parsers
130     
131     If possible, composite parsers should be implemented using the \ref packetparsermacros. In
132     addition to the normal parser requirements, these macros ensure, that for each field,
133     <em>fieldname</em><tt>_t</tt> is a typedef for the fields parser and
134     <em>fieldname</em><tt>_offset</tt> is the offset of the field in bytes from the beginning of the
135     parser (either a constant for fixed size parsers or a member function for dynamically sized
136     parsers). When defining composite parsers without the help of the \ref packetparsermacros, you
137     should provide those same members.
138
139     \subsection parserimpl_packet Protocol parsers
140
141     Protocol parsers are composite parsers with relaxed requirements. Since a Protocol parser will
142     never be used as a sub-parser (it will not be used within another composite parser or as value
143     type in a collection parser), the value returned by senf::bytes for this parser must not
144     necessarily cover the complete packet (e.g. if the packet has a trailer, the trailer will live
145     outside the range given by senf::bytes). You may define any member you want to have in your
146     packets field interface. These members may access the packet data in any way. You just need to
147     ensure, that the integration into the packet-type is correct (the senf::PacketTypeMixin will by
148     default use senf::bytes() to find the end of the header).
149
150     <hr>
151  */
152
153 #ifndef HH_SENF_Packets_PacketParser_
154 #define HH_SENF_Packets_PacketParser_ 1
155
156 // Custom includes
157 #include <boost/utility/enable_if.hpp>
158 #include <boost/type_traits.hpp>
159 #include <boost/optional.hpp>
160 #include "../Utils/safe_bool.hh"
161 #include "PacketTypes.hh"
162 #include "PacketData.hh"
163 #include "ParseHelpers.hh"
164
165 //#include "PacketParser.mpp"
166 ///////////////////////////////hh.p////////////////////////////////////////
167
168 namespace senf {
169
170     class Packet;
171     
172     /** \brief Parser Base class
173
174         Parsers come in two flavors: fixed and dynamically sized parsers. A <em>fixed size
175         parser</em> has a constant size, it will always parse a fixed number of bytes. The low-level
176         'final'  parsers (like the integer parsers) are fixed size parsers as are composite parsers
177         built up only of fixed-size fields.
178
179         A <em>dynamically sized</em> parser on the other hand infers it's size from the contents of
180         the data parsed. Any parser containing at least one dynamically sized sub-parser will itself
181         be dynamically sized.
182         
183         Both kinds of parser need to derive from PacketParserBase and implement several required
184         members. Which members to implement depends on the parsers flavor. There are two ways how to
185         do this.
186         \li If the parser just consists of sequence of consecutive fields (sub-parsers), the \ref
187             packetparsermacros provide a simple yet flexible way to define a packet parser.
188         \li In more complex cases, you need to implement the necessary members manually.
189
190         This documentation is about the manual implementation. You should nevertheless read through
191         this to understand, what above macros are doing.
192
193         The following example documents the interface (which must be) provided by a parser:
194         \code
195           struct FooParser : public PacketParserBase
196           {
197               FooParser(data_iterator i, state_type s) : PacketParserBase(i,s) {}
198
199               // If this parser has a fixed size, you must define this size here This definition
200               // allows the parser to be used within the list, vector and array parsers static
201               static const size_type fixed_bytes = some_constant_size;
202
203               // If the parser does not have a fixed size, you must implement the bytes() member to
204               // return the size. ONLY EVER DEFINE ONE OF fixed_bytes OR bytes().
205               size_type bytes() const;
206
207               // If you define bytes(), you also need to define the init_bytes. This is the number
208               // of bytes to allocate when creating a new object
209               static const size_type init_bytes = some_constant_size;
210
211               // You also may define an init() member. This will be called to initialize a newly
212               // created data object. The default implementation just does nothing.
213               void init() const;
214
215               // ////////////////////////////////////////////////////////////////////////
216
217               // Add here members returning (sub-)parsers for the fields. The 'parse' member is 
218               // used to construct the sub-parsers. This member either takes an iterator to the
219               // data to be parsed or just an offset in bytes.
220
221               senf::UInt16Parser type() const { return parse<UInt16Parser>( 0 ); }
222               senf::UInt16Parser size() const { return parse<UInt16Parser>( 2 ); }
223           };
224         \endcode
225         
226         You should never call the \c bytes() member of a parser directly. Instead you should use the
227         freestanding senf::bytes() function. This function will return the correct size irrespective
228         of the parsers flavor. You may access \c fixed_bytes directly, however be aware that this
229         will restrict your code to fixed size parsers (which depending on the circumstances may be
230         exactly what you want).
231
232         In the same way, don't access \c init_bytes directly, always use the senf::init_bytes
233         meta-function class which correctly supports fixed size parsers.
234
235         \ingroup packetparser
236       */
237     class PacketParserBase
238     {
239     public:
240         ///////////////////////////////////////////////////////////////////////////
241         // Types
242
243         typedef detail::packet::iterator data_iterator; ///< Raw data iterator type
244         typedef detail::packet::size_type size_type; ///< Unsigned integral type
245         typedef detail::packet::difference_type difference_type; ///< Signed integral type
246         typedef detail::packet::byte byte; ///< Unsigned 8bit value, the raw value type
247         typedef PacketData * state_type; ///< Type of the 'state' parameter
248         typedef PacketParserBase parser_base_type; ///< Base type of the next parser
249
250         ///////////////////////////////////////////////////////////////////////////
251         ///\name Structors and default members
252         ///@{
253
254         // no default constructor
255         // default copy
256         // default destructor
257         // no conversion constructors
258
259         ///@}
260         ///////////////////////////////////////////////////////////////////////////
261
262         data_iterator i() const;        ///< Return beginning of data to parse
263                                         /**< The parser is expected to interpret the data beginning
264                                              here. The size of the interpreted is given by
265                                              <tt>senf::bytes(</tt><em>parser
266                                              instance</em><tt>)</tt>. */
267
268         data_iterator i(size_type offset) const; ///< Return iterator \a offset bytes from the start
269                                         /**< The return value is the same as i() + \a
270                                              offset. However, the parser checks, that the iterator is
271                                              still within range of the raw data
272                                              container. Otherwise a TruncatedPacketException is
273                                              thrown. 
274                                              
275                                              \throws TruncatedPacketException if the raw data
276                                                  container does not hold at least \a offset bytes
277                                                  starting at i(). */
278
279         state_type state() const;       ///< Return state of this parser
280                                         /**< The value returned should be interpreted as an opaque
281                                              value provided just to be forwarded to other
282                                              parsers. */
283
284         PacketData & data() const;      ///< Access the packets raw data container
285                                         /**< This member will return the raw data container holding
286                                              the data which is parsed by \c this parser. */
287
288         void init() const;              ///< Default implementation
289                                         /**< This is just an empty default
290                                              implementation. Re-implement this member in your own
291                                              parsers if needed. */
292
293     protected:
294         PacketParserBase(data_iterator i, state_type s); ///< Standard constructor
295                                         /**< This is the constructor used by most parsers. The
296                                              parameters are just forwarded from the derived classes
297                                              constructor parameters. */
298
299         PacketParserBase(data_iterator i, state_type s, size_type size); 
300                                         ///< Size checking constructor
301                                         /**< In addition to the standard constructor, this
302                                              constructor will validate, that there is enough data in
303                                              the raw data container to parse \a size bytes after \a
304                                              i.
305
306                                              This constructor is called by all 'final' parsers
307                                              (e.g. the integer parsers) and \e only by those
308                                              parsers. Most parsers do \e not check the validity of
309                                              the iterator, this is delayed until the very last
310                                              parser. This allows to partial parse truncated
311                                              packets.
312
313                                              \throw TruncatedPacketException if the raw data
314                                                  container does not hold at least \a size bytes
315                                                  beginning at \a i. */
316
317         bool check(size_type size) const; ///< Check size of data container
318                                         /**< \returns \c true, if the data container holds at least
319                                              \a size beginning at i(), \c false otherwise. */
320
321         void validate(size_type size) const; ///< Validate size of data container
322                                         /**< \throws TruncatedPacketException if the raw data
323                                              container does not hold at least \a size bytes
324                                              beginning at i(). */
325
326         template <class Parser> Parser parse(data_iterator i) const; ///< Create sub-parser
327                                         /**< Creates a new instance of \a Parser to parse data
328                                              beginning at \a i. Automatically passes \a state() to
329                                              the new parser. */
330
331         template <class Parser, class Arg> Parser parse(Arg const & arg, data_iterator i) const;
332                                         ///< Create sub-parser
333                                         /**< This is like parse(data_iterator), however it passes
334                                              the extra argument \a arg to the \a Parser
335                                              constructor. */
336
337         template <class Parser> Parser parse(size_type n) const; ///< Create sub-parser
338                                         /**< Creates a new instance of \a Parser to parse data
339                                          * beginning at i()<tt> + </tt>\a n. Automatically passes \a
340                                              state() to the new parser. */
341
342         template <class Parser, class Arg> Parser parse(Arg const & arg, size_type n) const;
343                                         ///< Create sub-parser
344                                         /**< This is like parse(size_type), however it passes the
345                                              extra argument \a arg to the \a Parser constructor. */
346
347         void defaultInit() const;       ///< Default implementation
348                                         /**< This is just an empty default
349                                              implementation. Re-implement this member in your own
350                                              parsers if needed. */
351
352         Packet packet() const;          ///< Get packet this parser is parsing from
353                                         /**< \note This member should only be used from packet
354                                              parsers when access to previous or following packets is
355                                              needed e.g. for calculating checksums etc. */
356
357         void resize(size_type oldSize, size_type newSize); ///< Resize data container
358                                         /**< This command will erase or insert bytes from/into the
359                                              data container at the end of the parser (at i() + \a
360                                              newSize). If \a oldSize is > \a newSize, bytes will be
361                                              removed, otherwise bytes will be inserted.
362
363                                              \warning This may invalidate iterators and other
364                                                  parsers. The current parser itself is automatically
365                                                  updated */
366
367     private:
368         data_iterator end() const;
369
370         data_iterator i_;
371         PacketData * data_;
372
373         template <class Parser> friend class SafePacketParserWrapper;
374     };
375
376     /** \brief Return raw size parsed by the given parser object
377         
378         This function will either call <tt>p.bytes()</tt> or return <tt>Parser::fixed_bytes</tt>
379         depending on the type of parser.
380
381         The value returned does \e not take into account the amount of data actually available. So
382         you always need to validate this value against the packet size if you directly access the
383         data. The standard low-level parses all do this check automatically to guard against
384         malformed packets.
385
386         \param[in] p Parser object to check
387         \returns number of bytes this parser expects to parser
388         \ingroup packetparser
389      */
390     template <class Parser>
391     PacketParserBase::size_type bytes(Parser p);
392     
393     namespace detail { template <class Parser> class ParserInitBytes; }
394     namespace detail { template <class Parser> class ParserIsFixed; }
395
396     /** \brief Return number of bytes to allocate to new object of given type
397
398         This meta-function is called like
399         \code
400             senf::init_bytes<SomeParser>::value
401         \endcode
402
403         This expression evaluates to a compile-time constant integral expression of type
404         senf::PacketParserBase::size_type. This meta-function will return \c Parser::fixed_bytes or
405         \c Parser::init_bytes depending on the type of parser.
406
407         \param[in] Parser The Parser to return init_bytes for
408         \returns Number of bytes to allocate to the new object
409         \ingroup packetparser
410      */
411     template <class Parser>
412     struct init_bytes : public detail::ParserInitBytes<Parser>
413     {};
414
415     /** \brief Test, whether a parser is a fixed-size parser
416
417         This meta-function is called like
418         \code
419             senf::is_fixed<SomeParser>::value
420         \endcode
421
422         This expression evaluates to a compile-time constant boolean expression which is \c true, if
423         \a SomeParser is a fixed size parser, \c false otherwise
424
425         \param[in] Parser The Parser to test
426         \returns \c true, if \a Parser is fixed size, \c false otherwise
427         \ingroup packetparser
428      */
429     template <class Parser>
430     struct is_fixed : public detail::ParserIsFixed<Parser>
431     {};
432
433 #   ifndef DOXYGEN
434     template <class Parser>
435     typename boost::enable_if< 
436         boost::is_base_of<PacketParserBase, Parser>,
437         Parser >::type
438     operator<<(Parser target, Parser source);
439 #   else
440     /** \brief Generic parser copying
441
442
443         This operator allows to copy the values of identical parsers. This operation does \e not
444         depend on the parsers detailed implementation, it will just replace the data bytes of the
445         target parser with those from the source parser. This allows to easily copy around complex
446         packet substructures.
447
448         This operation is different from the ordinary assignment operator: It does not change the \a
449         target parser, it changes the data referenced by the \a target parser.
450
451         \ingroup packetparser
452      */
453     template <class Parser>
454     Parser operator<<(Parser target, Parser source);
455 #   endif
456
457 #   ifndef DOXYGEN
458     template <class Parser, class Value>
459     typename boost::enable_if_c < 
460         boost::is_base_of<PacketParserBase, Parser>::value 
461             && ! boost::is_base_of<PacketParserBase, Value>::value,
462         Parser >::type
463     operator<<(Parser target, Value const & value);
464 #   else 
465     /** \brief Generic parser value assignment
466
467         This operator allows to assign a value to parsers which implement a <tt>value(</tt>\a
468         value<tt>)</tt> member. This operator allows to use a common syntax for assigning values or
469         parsers to a parser. 
470
471         \ingroup packetparser
472      */
473     template <class Parser, class Value>
474     Parser operator<<(Parser target, Value const & value);
475 #   endif
476
477 #   ifndef DOXYGEN
478     template <class Parser, class Value>
479     typename boost::enable_if_c < 
480         boost::is_base_of<PacketParserBase, Parser>::value 
481             && ! boost::is_base_of<PacketParserBase, Value>::value,
482         Parser >::type
483     operator<<(Parser target, boost::optional<Value> const & value);
484 #   else 
485     /** \brief Generic parser value assignment
486
487         This operator allows to assign a value to parsers which implement a <tt>value(</tt>\a
488         value<tt>)</tt> member. This special version allows to assign optional values: IF the
489         optional value is not set, the assignment will be skipped. 
490
491         This operator allows to use a common syntax for assigning values or parsers to a parser.
492
493         \ingroup packetparser
494      */
495     template <class Parser, class Value>
496     Parser operator<<(Parser target, boost::optional<Value> const & value);
497 #   endif
498
499     /** \brief Default parser parsing nothing
500      */
501     struct VoidPacketParser 
502         : public PacketParserBase
503     {
504 #       include SENF_FIXED_PARSER()
505         SENF_PARSER_FINALIZE(VoidPacketParser);
506     };
507
508 }
509
510 ///////////////////////////////hh.e////////////////////////////////////////
511 #endif
512 #if !defined(HH_SENF_Packets_Packets__decls_) && !defined(HH_SENF_Packets_PacketParser_i_)
513 #define HH_SENF_Packets_PacketParser_i_
514 #include "PacketParser.cci"
515 #include "PacketParser.ct"
516 #include "PacketParser.cti"
517 #endif
518
519 \f
520 // Local Variables:
521 // mode: c++
522 // fill-column: 100
523 // c-file-style: "senf"
524 // indent-tabs-mode: nil
525 // ispell-local-dictionary: "american"
526 // compile-command: "scons -u test"
527 // comment-column: 40
528 // End:
529