ProtoBuf的使用

目录

1.创建.proto文件

1.1文件规范

1.2添加注释

1.3指定proto3语法

1.4package声明符

1.5定义消息(message)

1.6定义消息字段

2.编译contacts.proto文件

3.序列化与反序列化的使用

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1.创建.proto文件

1.1文件规范

• 创建.proto文件时，⽂件命名应该使用全小写字母命名，多个字⺟之间⽤ _ 连接。例如：
lower_snake_case.proto 。
• 书写.proto⽂件代码时，应使用2个空格的缩进。

1.2添加注释

向⽂件添加注释，可使⽤ // ?或者? /* ... */ ?

1.3指定proto3语法

Protocol Buffers语⾔版本3，简称proto3，是.proto文件最新的语法版本。proto3简化了Protocol
Buffers语言，既易于使用，又可以在更⼴泛的编程语言中使⽤。它允许你使用Java，C++，Python等多种语言生成protocol buffer代码。
在.proto文件中，要使用 syntax = "proto3"; 来指定⽂件语法为proto3，并且必须写在除去注释内容的第⼀行。如果没有指定，编译器会使⽤proto2语法。
在通讯录1.0的contacts.proto文件中，可以为文件指定proto3语法，内容如下：

syntax = "proto3"; 

1.4package声明符

package是一个可选的声明符，能表示.proto文件的命名空间，在项目中要有唯一性。它的作用是为了避免我们定义的消息出现冲突。
在通讯录1.0的contacts.proto文件中，可以声明其命名空间，内容如下:

syntax = "proto3";
package contacts;

1.5定义消息(message)

消息(message) : 要定义的结构化对象，我们可以给这个结构化对象中定义其对应的属性内容。
这里再提一下为什么要定义消息？
在网络传输中，我们需 要为传输双方定制协议。定制协议说白了就是定义结构体或者结构化数据,
比如，tcp, udp 报文就是结构化的。
再比如将数据持久化存储到数据库时，会将一系列元数据统一用对象组织起来，再进行存储。
所以ProtoBuf就是以message的方式来支持我们定制协议字段，后期帮助我们形成类和方法来使
用。在通讯录1.0中我们就需要为联系人定义一个message。
.proto文件中定义一个消息类型的格式为:

message 消息类型名{
}

消息类型命名规范：使用驼峰命名法，首字母⼤写。

为contacts.proto (通讯录1.0)新增联系人message， 内容如下:

syntax = "proto3";
package contacts;
// 定义联系⼈消息
message PeopleInfo {
}

1.6定义消息字段

在message中我们可以定义其属性字段，字段定义格式为:字段类型字段名=字段唯一编号 ;
●字段名称命名规范:全小写字母，多个字母之间用_连接。
●字段类型分为:标量数据类型和特殊类型(包括枚举、其他消息类型等)。
●字段唯一编号:用来标识字段，一旦开始使用就不能够再改变。

该表格展示了定义于消息体中的标量数据类型，以及编译.proto文件之后自动生成的类中与之对应的字段类型。在这里展示了与C++语言对应的类型。

[1]变长编码是指:经过protobuf 编码后，原本4字节或8字节的数可能会被变为其他字节数。

更新contacts.proto (通讯录1.0),新增姓名、年龄字段:

syntax = "proto3";
package contacts;
 
message PeopleInfo {
    string name = 1;
    int32 age = 2;
}

在这里还要特别讲解一下字段唯一 编号的范围:
1~ 536,870,911 (2^29-1)，其中19000 ~ 19999不可用。
19000 ~ 19999不可用是因为:在Protobuf协议的实现中，对这些数进行了预留。如果非要在.proto
文件中使用这些预留标识号，例如将name字段的编号设置为19000，编译时就会报警:

// 消息中定义了如下编号，代码会告警：
// Field numbers 19,000 through 19,999 are reserved for the protobuf implementation
string name = 19000;

值得一提的是，范围为1~ 15的字段编号需要-一个字节进行编码，16 ~ 2047内的数字需要两个字节进行编码。编码后的字节不仅只包含了编号，还包含了字段类型。所以1 ~ 15要用来标记出现非常频繁的字段,要为将来有可能添加的、频繁出现的字段预留一些出来。

2.编译contacts.proto文件

编译命令
编译命令行格式为：

编译contacts.proto文件命令如下：

protoc --cpp_out=. contacts.proto

编译contacts.proto文件后，会生成所选择语言的代码，我们选择的是C++,所以编译后生成了两个
文件: contacts.pb.hI contacts.pb.cc。
对于编译生成的C++代码，包含了以下内容:
●对于每个message，都会生成一个对应的消息类。
●在消息类中，编译器为每个字段提供了获取和设置方法，以及一下其他能够操作字段的方法。
●编辑器会针对于每个.proto文件生成.h和.cc文件,分别用来存放类的声明与类的实现。
contacts.pb.h部分代码展示

class PeopleInfo final : public ::PROTOBUF_NAMESPACE_ID::Message
{
public:
    using ::PROTOBUF_NAMESPACE_ID::Message::CopyFrom;
    void CopyFrom(const PeopleInfo &from);
    using ::PROTOBUF_NAMESPACE_ID::Message::MergeFrom;
    void MergeFrom(const PeopleInfo &from)
    {
        PeopleInfo::MergeImpl(*this, from);
    }
    static ::PROTOBUF_NAMESPACE_ID::StringPiece FullMessageName()
    {
        return "PeopleInfo";
    }
    // string name = 1;
    void clear_name();
    const std::string &name() const;
    template <typename ArgT0 = const std::string &, typename... ArgT>
    void set_name(ArgT0 &&arg0, ArgT... args);
    std::string *mutable_name();
    PROTOBUF_NODISCARD std::string *release_name();
    void set_allocated_name(std::string *name);
    // int32 age = 2;
    void clear_age();
    int32_t age() const;
    void set_age(int32_t value);
};

上述的例子中:
● 每个字段都有设置和获取的方法，getter的名称与小写字段完全相同，setter方法以set_ 开头。
● 每个字段都有一个clear_ 方法，可以将字段重新设置回empty状态。

contacts.pb.cc中的代码就是对类声明方法的一些实现，在这里就不展开了。
到这里有同学可能就有疑惑了，那之前提到的序列化和反序列化方法在哪里呢?在消息类的父类
MessageLite中，提供了读写消息实例的方法，包括序列化方法和反序列化方法。

class MessageLite {
    public:
        //序列化：
        bool SerializeToOstream(ostream* output) const; // 将序列化后数据写⼊⽂件
        流
        bool SerializeToArray(void *data, int size) const;
        bool SerializeToString(string* output) const;
        //反序列化：
        bool ParseFromIstream(istream* input); // 从流中读取数据，再进⾏反序列化
        动作
        bool ParseFromArray(const void* data, int size);
        bool ParseFromString(const string& data);
};

注意:
●序列化的结果为二进制字节序列，而非文本格式。
●以上三种序列化的方法没有本质上的区别，只是序列化后输出的格式不同，可以供不同的应用场景使用。
●序列化的API函数均为const成员函数，因为序列化不会改变类对象的内容，而是将序列化的结果
保存到函数入参指定的地址中。

3.序列化与反序列化的使用

创建一个测试文件main.cc,方法中我们实现:
●对一个联系人的信息使用PB进行序列化，并将结果打印出来。
●对序列化后的内容使用PB进行反序列，解析出联系人信息并打印出来。

main.cc

#include 
#include "contacts.pb.h"
using namespace std;
 
int main()
{
    string people_str;
    {
        //.proto文件声明的package,通过protoc编译后，会为编译生成的C++代码声明同名的命名空间
        //范围是在.proto文件中定义的内容
        contacts::PeopleInfo people;
        people.set_age(20);
        people.set_name("张三");
        //调用序列化的方法，将序列化后的二进制序列存放到string中
        if(!people.SerializeToString(&people_str)) {
            cout << "序列化联系人失败" << endl;
        }
        //打印序列化的结果：
        cout << "序列化的结果：" << people_str << endl;
    }
 
    {
        contacts::PeopleInfo people;
        //调用反序列化方法，读取string中存放的二进制序列，并反序列化出对象
        if(!people.ParseFromString(people_str)) {
            cout << "反序列化联系人失败" << endl;
        }
        //打印结果:
        cout << "联系人年龄：" << people.age() << endl; 
        cout << "联系人姓名：" << people.name() << endl; 
    }
    return 0;
}

代码书写完成后，编译main.cc,生成可执行程序TestProtoBuf :

g++ main.cc contacts.pb.cc -o TestProtoBuf -std=c++11 -lprotobuf 

●-lprotobuf: 必加，不然会有链接错误。
●-std=c++11: 必加，使用C++11语法。

执行TestProtoBuf,可以看见people经过序列化和反序列化后的结果: 

由于ProtoBuf是把联系人对象序列化成了二进制序列，这里用string来作为接收二进制序列的容器。
所以在终端打印的时候会有换行等一些乱码显示。
所以相对于xml和JSON来说，因为被编码成二进制，破解成本增大，ProtoBuf 编码是相对安全的。