# Paho C を使ったデプロイメントへの接続

この記事では、Cプロジェクトで `Eclipse Paho C` を使用し、クライアントと MQTT ブローカー間の接続、サブスクライブ、メッセージ送受信、サブスクライブ解除などの機能を実装する方法を主に紹介します。

Eclipse Paho Embedded C はデスクトップOSでも使用可能ですが、主に mbed、Arduino、FreeRTOS などの組み込み環境向けです。

## 前提条件

### MQTT ブローカーのデプロイ

- EMQX が提供する[無料のパブリック MQTT ブローカー](https://www.emqx.com/en/mqtt/public-mqtt5-broker)を利用できます。このサービスは[EMQX プラットフォーム](https://www.emqx.com/en)をベースに作成されています。ブローカーの接続情報は以下の通りです：
  - ブローカー: broker.emqx.io
  - TCP ポート: 1883
  - TLS/SSL ポート: 8883
- また、[デプロイメントを作成](https://docs.emqx.com/en/cloud/latest/create/overview.html)することも可能です。デプロイメントの概要で接続情報を確認してください。デプロイメントが稼働していることを確認してください。同時に、WebSocket を使って MQTT サーバーへの接続テストも可能です。独自にデプロイメントを作成する場合は、アクセス制御 -> [認証](../deployments/default_auth.md)を確認し、検証用のユーザー名とパスワードを設定してください。

## インストール依存関係

```bash
sudo apt-get update
sudo apt-get -y install build-essential git cmake
```

### ソースからのビルド

継続的インテグレーションビルドは、Linux と Mac は Travis-CI、Windows は AppVeyor で公開されています。

#### Linux/Mac

```bash
git clone https://github.com/eclipse/paho.mqtt.c.git
cd org.eclipse.paho.mqtt.c.git
make
sudo make install
```

#### Windows

```bash
mkdir build.paho

cd build.paho

call "C:\Program Files (x86)\Microsoft Visual Studio 14.0\VC\vcvarsall.bat" x64

cmake -G "NMake Makefiles" -DPAHO_WITH_SSL=TRUE -DPAHO_BUILD_DOCUMENTATION=FALSE -DPAHO_BUILD_SAMPLES=TRUE -DCMAKE_BUILD_TYPE=Release -DCMAKE_VERBOSE_MAKEFILE=TRUE ..

nmake
```

## TCP プロトコルでの接続

このセクションでは、TCP ポートを介して MQTT ブローカーに接続する方法を紹介します。

1. 依存ライブラリのインクルード

   ```c
   #include "stdlib.h"
   #include "string.h"
   #include "unistd.h"
   #include "MQTTClient.h"
   ```

2. 接続先アドレス、認証情報、メッセージのパブリッシュおよび受信トピックの定義

   ```c
   // SSL/TLS 接続を有効化（1: SSL/TLS、0: TCP）
   #define USE_SSL 0
   
   #if USE_SSL
   #define ADDRESS "ssl://broker.emqx.io:8883"
   #else
   #define ADDRESS "tcp://broker.emqx.io:1883"
   #endif
   
   #define USERNAME    "emqx"
   #define PASSWORD    "public"
   #define CLIENTID    "c-client"
   #define QOS         0
   #define TOPIC       "emqx/c-test"
   #define TIMEOUT     10000L
   ```

3. ブローカーへの接続

   ```c
   int rc;
   MQTTClient client;
   
   MQTTClient_create(&client, ADDRESS, CLIENTID, 0, NULL);
   MQTTClient_connectOptions conn_opts = MQTTClient_connectOptions_initializer;
   conn_opts.username = USERNAME;
   conn_opts.password = PASSWORD;
   
   if ((rc = MQTTClient_connect(client, &conn_opts)) != MQTTCLIENT_SUCCESS) {
       printf("接続に失敗しました。戻りコード %d\n", rc);
       exit(-1);
   } else {
       printf("MQTT ブローカーに接続しました！\n");
   }
   ```

## SSL/TLS プロトコルでの接続

このセクションでは、SSL/TLS ポートを介して MQTT ブローカーに接続する方法を紹介します。

1. 接続先アドレスを定義し、`USE_SSL` を 1 に設定します。

   ```c
   // SSL/TLS 接続を有効化（1: SSL/TLS、0: TCP）
   #define USE_SSL 1
   ```

2. SSL/TLS でブローカーに接続

   `configureSSLOptions()` 関数で SSL オプションを設定します。サーバー証明書を設定する必要がある場合は、`ssl_opts.trustStore` に証明書をロードしてください。不要な場合は `ssl_opts.enableServerCertAuth` を 0 に設定します。

   ```c
   MQTTClient_SSLOptions configureSSLOptions() {
       MQTTClient_SSLOptions ssl_opts = MQTTClient_SSLOptions_initializer;
       ssl_opts.enableServerCertAuth = 1;
       // CA_CERTIFICATE_FILE_Path にサーバー CA 証明書を指定
       // ssl_opts.trustStore = CA_CERTIFICATE_FILE_Path;
       return ssl_opts;
   }
   
   ···
   
   #if USE_SSL
    MQTTClient_SSLOptions ssl_opts = configureSSLOptions();
    conn_opts.ssl = &ssl_opts;
   #endif
   ```

## パブリッシュとサブスクライブ

このセクションでは、MQTT ブローカーへの接続に成功した後の、トピックのサブスクライブとメッセージのパブリッシュ方法を紹介します。

### トピックのサブスクライブ

サブスクライブするトピックとその[QoSレベル](https://www.emqx.com/en/blog/introduction-to-mqtt-qos)を設定します。

```c
// トピックをサブスクライブ
MQTTClient_subscribe(client, TOPIC, QOS);
```

### トピックのサブスクライブ解除

以下のコードでトピックのサブスクライブを解除できます。解除するトピックを定義してください。

```c
MQTTClient_unsubscribe(client, TOPIC);
```

### メッセージのパブリッシュ

メッセージをパブリッシュする際には、ブローカーにトピックとペイロードを通知します。

```c
void publish(MQTTClient client, char *topic, char *payload) {
    MQTTClient_message message = MQTTClient_message_initializer;
    message.payload = payload;
    message.payloadlen = strlen(payload);
    message.qos = QOS;
    message.retained = 0;
    MQTTClient_deliveryToken token;
    MQTTClient_publishMessage(client, topic, &message, &token);
    MQTTClient_waitForCompletion(client, token, TIMEOUT);
    printf("トピック `%s` に `%s` を送信しました\n", TOPIC, payload);
}

// メッセージのパブリッシュを完了するために `publish` 関数をループで呼び出す
char payload[16];
for (int i = 0; i < 100; i += 1) {
    // ブローカーにメッセージをパブリッシュ
    snprintf(payload, 16, "message-%d", i);
    publish(client, TOPIC, payload);
    sleep(1);
}
```

### メッセージの受信

以下のコードは、クライアントがメッセージイベントを監視し、メッセージ受信後にコールバック関数を実行して、受信したメッセージとトピックをコンソールに表示します。

```c
MQTTClient_setCallbacks(client, NULL, NULL, on_message, NULL);
···
// on_message コールバック関数を定義し、サブスクライブしたトピックで受信したメッセージの内容を表示
int on_message(void *context, char *topicName, int topicLen, MQTTClient_message *message) {
    char *payload = message->payload;
    printf("トピック `%s` から `%s` を受信しました\n", topicName, payload);
    MQTTClient_freeMessage(&message);
    MQTTClient_free(topicName);
    return 1;
}
```

### MQTT ブローカーからの切断

クライアントが能動的に切断する場合は、以下のコードを使用します。

```c
MQTTClient_disconnect(client, TIMEOUT);
MQTTClient_destroy(&client);
```

上記は主要なコードのみを記載しています。プロジェクトの完全なコードは [mqtt-client-C-paho](https://github.com/emqx/MQTT-Client-Examples/tree/master/mqtt-client-C-paho) にありますので、ダウンロードしてお試しください。

### 完全なコード例

```c
#include "stdlib.h"
#include "string.h"
#include "unistd.h"
#include "MQTTClient.h"

// SSL/TLS 接続を有効化（1: SSL/TLS、0: TCP）
#define USE_SSL 1

#if USE_SSL
#define ADDRESS "ssl://broker.emqx.io:8883"
#else
#define ADDRESS "tcp://broker.emqx.io:1883"
#endif

#define USERNAME    "emqx"
#define PASSWORD    "public"
#define CLIENTID    "c-client"
#define QOS         0
#define TOPIC       "emqx/c-test"
#define TIMEOUT     10000L

MQTTClient_SSLOptions configureSSLOptions() {
    MQTTClient_SSLOptions ssl_opts = MQTTClient_SSLOptions_initializer;
    ssl_opts.enableServerCertAuth = 1;
    ssl_opts.trustStore = CA_CERTIFICATE_FILE;
    return ssl_opts;
}


void publish(MQTTClient client, char *topic, char *payload) {
    MQTTClient_message message = MQTTClient_message_initializer;
    message.payload = payload;
    message.payloadlen = strlen(payload);
    message.qos = QOS;
    message.retained = 0;
    MQTTClient_deliveryToken token;
    MQTTClient_publishMessage(client, topic, &message, &token);
    MQTTClient_waitForCompletion(client, token, TIMEOUT);
    printf("トピック `%s` に `%s` を送信しました\n", TOPIC, payload);
}

int on_message(void *context, char *topicName, int topicLen, MQTTClient_message *message) {
    char *payload = message->payload;
    printf("トピック `%s` から `%s` を受信しました\n", topicName, payload);
    MQTTClient_freeMessage(&message);
    MQTTClient_free(topicName);
    return 1;
}

int main(int argc, char *argv[]) {
    int rc;
    MQTTClient client;

    MQTTClient_create(&client, ADDRESS, CLIENTID, 0, NULL);
    MQTTClient_connectOptions conn_opts = MQTTClient_connectOptions_initializer;
    conn_opts.username = USERNAME;
    conn_opts.password = PASSWORD;

#if USE_SSL
    MQTTClient_SSLOptions ssl_opts = configureSSLOptions();
    conn_opts.ssl = &ssl_opts;
#endif

    MQTTClient_setCallbacks(client, NULL, NULL, on_message, NULL);
    if ((rc = MQTTClient_connect(client, &conn_opts)) != MQTTCLIENT_SUCCESS) {
        printf("接続に失敗しました。戻りコード %d\n", rc);
        exit(-1);
    } else {
        printf("MQTT ブローカーに接続しました！\n");
    }
    // トピックをサブスクライブ
    MQTTClient_subscribe(client, TOPIC, QOS);
    
    char payload[16];
    for (int i = 0; i < 10; i += 1) {
        // ブローカーにメッセージをパブリッシュ
        snprintf(payload, 16, "message-%d", i);
        publish(client, TOPIC, payload);
        sleep(1);
    }
    MQTTClient_unsubscribe(client, TOPIC);
    MQTTClient_disconnect(client, TIMEOUT);
    MQTTClient_destroy(&client);
    return rc;
}
```

## テスト

1. CMakeLists.txt ファイルを作成

   ```
   cmake_minimum_required(VERSION 3.17)
   find_package(eclipse-paho-mqtt-c 1.3.9 REQUIRED)
   project(mqtt_c C)
   include_directories(/usr/local/include)
   link_directories(/usr/local/lib)
   set(CMAKE_C_STANDARD 99)
   add_executable(mqtt_c main.c)
   target_link_libraries(mqtt_c paho-mqtt3c)
   ```

2. コードをコンパイルして実行

   ![c_mqtt](./_assets/c_mqtt.png)
   
## まとめ

本記事では、Cプロジェクトで MQTT 接続の作成、サブスクライブ、メッセージの送受信、サブスクライブ解除、切断を実装しました。サンプルのソースコードは[こちら](https://github.com/emqx/MQTT-Client-Examples/tree/master/mqtt-client-c)からダウンロード可能です。また、他言語のデモ例も[GitHub](https://github.com/emqx/MQTT-Client-Examples)で多数公開されています。