Protobuf的介绍及使用
ProtoBuf是什么
ProtoBuf（全称 Protocol Buffer）是数据结构序列化和反序列化框架，它具有以下特点：
• 语言无关、平台无关：即 ProtoBuf 支持 Java、C++、Python 等多种语言，支持多个平台。
• 高效：即比 XML 更小、更快、更为简单。
• 扩展性、兼容性好：你可以更新数据结构，而不影响和破坏原有的旧程序。
Protobuf 使用流程介绍
1.编写 .proto 文件，目的是为了定义结构对象（message）及属性内容。
2.使用 protoc 编译器编译 .proto 文件，生成一系列接口代码，存放在新生成头文件和源文件中
3.依赖生成的接口，将编译生成的头文件包含进我们的代码中，实现对 .proto 文件中定义的字段进行设置和获取，和对 message 对象进行序列化和反序列化。
我们以一个简单通讯录的实现来驱动对 Protobuf 的学习。在通讯录 demo 中，我们将实现：
• 对一个联系人的信息使用 Protobuf 进行序列化，并将结果打印出来
• 对序列化后的内容使用 Protobuf 进行反序列，解析出联系人信息并打印出来
• 联系人包含以下信息: 姓名、年龄
通过通讯录 demo，我们能快速的了解 ProtoBuf 的使用流程。
创建.proto文件
.proto文件规范
文件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代码时，应使用2个空格的缩进。
我们为通讯录demo新建文件：contacts.proto
向文件添加注释，可使用// 或者 /* … */
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。
**package 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 demo 的 contacts.proto 文件中，可以声明其命名空间，内容如下：
syntax="proto3"; package contacts;定义消息
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。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。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 demo 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 demo）新增联系人 message :
message PeopleInfo { }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。
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, 新增姓名、年龄字段：
message PeopleInfo { string name = 1; int32 age = 2; }注：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。 这些数不可用是因为：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。
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==。
编译 contacts.proto 文件
编译命令行格式为：
protoc [--proto_path=IMPORT_PATH] --cpp_out=DST_DIR path/to/file.proto protoc 是 Protocol Buffer 提供的命令行编译工具。 --proto_path 指定 被编译的.proto 文件所在目录，可多次指定。可简写成 -I IMPORT_PATH 。如不指 定该参数，则在当前目录进行搜索。当某个.proto 文件 import 其他 .proto 文件时， 或需要编译的 .proto 文件不在当前目录下，这时就要用-I 来指定搜索目录。 --cpp_out= 指编译后的文件为 C++ 文件。 OUT_DIR 编译后生成文件的目标路径。 path/to/file.proto 要编译的.proto 文件。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.h 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 。
到这里有人可能就有疑惑了，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。
classMessageLite{public://序列化：boolSerializeToOstream(ostream*output)const;// 将序列化后数据写入文件流boolSerializeToArray(void*data,intsize)const;boolSerializeToString(string*output)const;//反序列化：boolParseFromIstream(istream*input);// 从流中读取数据，再进行反序列化动作boolParseFromArray(constvoid*data,intsize);boolParseFromString(conststring&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 。
序列化与反序列化的使用
创建一个测试文件 info.cc，方法中我们实现：
对一个联系人的信息使用 进行序列化，并将序列化结果打印出来
对序列化后的内容使进行反序列，解析出联系人信息并打印出来
#include<iostream>#include"contacts.pb.h"// 引入编译生成的头文件 using namespace std;intmain(){string people_str;// 序列化{// .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// 其范围是在.proto 文件中定义的内容contacts::PeopleInfo people;people.set_age(20);people.set_name("张珊");// 调用序列化方法，将序列化后的二进制序列存入 string 中if(!people.SerializeToString(&people_str)){cout<<"序列化联系人失败."<<endl;}// 打印序列化结果cout<<"序列化后的 people_str: "<<people_str.size()<<endl;}// 反序列化{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<<"反序列化出联系人失败."<<endl;}// 打印结果cout<<"Parse age: "<<people.age()<<endl;cout<<"Parse name: "<<people.name()<<endl;}return0;}代码书写完成后，编译 info.cc，生成可执行程序 ：
g++ info.cc contacts.pb.cc -o info -std=c++11 -lprotobuf执行可执行程序，可以看见 people 经过序列化和反序列化后的结果 :
序列化后的 people_str: 10 Parse age: 20 Parse name: 张珊由于 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。另外相对于 xml 和 JSON 来说，因为 PB 被编码成二进制，破解成本增大，ProtoBuf 编码是相对安全的。