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protobuf学习使用

news 来源：原创 2025/5/17 10:04:07

1、概述

protobuf是Google开发的一种语言中立、平台无关、可扩展的序列化结构数据格式。允许定义一次数据结构，然后可以使用各种支持的语言来生成代码，以轻松地读写这些结构到一个二进制流中，如网络传输或文件，Protobuf支持多种编程语言，包括但不限于C++、Java、Python、Go、Ruby、JavaScript、C#等。

protobuf-getting-started:Protocol Buffer Basics: C++ | Protocol Buffers Documentation

2、使用步骤(以C++举例)

1、创建并编写xxx.proto文件

将要序列化的数据写到proto文件

2、将proto文件生成对应的.cc和.h文件

protoc -I=/路径1 --cpp_out=./路径2 /路径1/addressbook.proto

路径1为.proto所在的路径

路径2为.cc和.h⽣成的位置

protoc.exe -I=./ --cpp_out=./ *.proto

3、直接使用新生成的类

里边有对数据操作的api

3、使用说明

3.1、编写xxx.proto文件

举例login.proto

// 声明protobuf版本
syntax = "proto3";// 定义请求消息
message LoginRequest {// 语法格式:字段类型 字段名 = 字段编号;// 编号从1开始，不能重复bytes username = 1;string password = 2;int32 type = 3;
}// 定义响应消息
message LoginResponse {string token = 1;bytes message = 2;
}

message相当于C++的class关键字，LoginRequest相当于类名，注释采用C/C++风格的双斜杠(//)

username、password、type相当于成员变量。编号从1开始，不能重复，序列化后的protobuf没有使用字段名称，而仅仅采用了字段编号区分字段，与json xml等相比，protobuf不是一种完全自描述的协议格式，即接收端在没有proto文件定义的前提下是无法解码一个protobuf消息体的，与此相对的，json xml等协议格式是完全自描述的，拿到了json消息体，便可以知道这段消息体中有哪些字段。

语法格式
字段类型字段名 = 字段编号

如何知道有哪些字段类型呢，可以对照下面表查看

3.2、将proto文件生成对应的.cc和.h文件

protoc -I=./ --cpp_out=./ *.proto

其中login.pb.h和login.pb.cc为新生成的头文件和源文件。
下载链接比如：https://github.com/protocolbuffers/protobuf/releases/tag/v26.1

此时我们可以打开看看新生成的头文件，会发现其中有相关字段读写api，详见下图：

3.3、使用代码范例

范例代码演示了如何使用新生成的类，如何序列化和反序列化

代码编译：g++ -std=c++11 -o main login.pb.cc main.cc -lprotobuf -lpthread -L/usr/local/lib

#include "login.pb.h"
#include <iostream>
using namespace std;int main(int argc, char *argv[]) {// 创建一个 LoginRequest 对象LoginRequest login_request;login_request.set_username("张三");login_request.set_password("123");login_request.set_type(100);// 将 LoginRequest 对象序列化为字符串string request_data;login_request.SerializeToString(&request_data);// 将字符串发送到服务器....// 服务器接收到字符串后，反序列化为 LoginRequest 对象LoginRequest login_response;login_response.ParseFromString(request_data);// 使用 LoginRequest 对象进行业务逻辑处理...cout << "接收 用户名: " << login_response.username() << endl;cout << "接收 密码: " << login_response.password() << endl;cout << "接收 类型: " << login_response.type() << endl;return 0;
}

4、protobuf中使用数组

使用数组要使用repeated修饰相关字段，此时你可以理解为vector<string> name，如图。

#include "login.pb.h"
#include <iostream>
using namespace std;int main(int argc, char *argv[]) {// 创建一个 LoginRequest 对象LoginRequest login_request;// login_request.set_username("张三");// username 是一个 repeated 字段，可以添加多个用户名login_request.add_username("张三");login_request.add_username("李四");login_request.add_username("王五");login_request.set_password("123");login_request.set_type(100);// 将 LoginRequest 对象序列化为字符串string request_data;login_request.SerializeToString(&request_data);// 将字符串发送到服务器....// 服务器接收到字符串后，反序列化为 LoginRequest 对象LoginRequest login_response;login_response.ParseFromString(request_data);// 使用 LoginRequest 对象进行业务逻辑处理...// cout << "接收 用户名: " << login_response.username() << endl;cout << "接收 用户名: " << login_response.username(0) << endl;cout << "接收 用户名: " << login_response.username(1) << endl;cout << "接收 用户名: " << login_response.username(2) << endl;cout << "接收 密码: " << login_response.password() << endl;cout << "接收 类型: " << login_response.type() << endl;return 0;
}

5、protobuf中使用枚举

在proto文件中添加枚举定义(如图)，这里有一个注意事项，枚举的第一个元素值必须为0，为了兼容proto2语义。

#include "login.pb.h"
#include <iostream>
using namespace std;int main(int argc, char *argv[]) {// 创建一个 LoginRequest 对象LoginRequest login_request;// login_request.set_username("张三");// username 是一个 repeated 字段，可以添加多个用户名login_request.add_username("张三");login_request.add_username("李四");login_request.add_username("王五");login_request.set_password("123");login_request.set_type(100);// 设置枚举值login_request.set_logintype(ADMIN);// 将 LoginRequest 对象序列化为字符串string request_data;login_request.SerializeToString(&request_data);// 将字符串发送到服务器....// 服务器接收到字符串后，反序列化为 LoginRequest 对象LoginRequest login_response;login_response.ParseFromString(request_data);// 使用 LoginRequest 对象进行业务逻辑处理...// cout << "接收 用户名: " << login_response.username() << endl;cout << "接收 用户名: " << login_response.username(0) << endl;cout << "接收 用户名: " << login_response.username(1) << endl;cout << "接收 用户名: " << login_response.username(2) << endl;cout << "接收 密码: " << login_response.password() << endl;cout << "接收 类型: " << login_response.type() << endl;// 打印 枚举登陆类型cout << "接收 类型: " << login_response.logintype() << endl;return 0;
}

6、protobuf中导入其他proto文件

新编写extrainfo.proto，使用import导入，然后使用protoc工具生成新头文件和源文件。
范例代码演示了如何操作Extrainfo中的成员。
备注：相关接口在生成的头文件中都能看到，可以打开看看

代码编译：g++ -std=c++11 -o main login.pb.cc main.cc extrainfo.pb.cc -lprotobuf -lpthread -L/usr/local/lib

// 声明protobuf版本
syntax = "proto3";message Extrainfo {string time = 1;int32 level = 2;
}

// 声明protobuf版本
syntax = "proto3";
// 导入其他proto文件
import "extrainfo.proto";enum LoginType {USER = 0; // proto3中第一个枚举值必须为0ADMIN = 1;
}// 定义请求消息
message LoginRequest {// 语法格式:字段类型 字段名 = 字段编号;// 编号从1开始，不能重复repeated bytes username = 1;string password = 2;int32 type = 3;LoginType loginType = 4;Extrainfo extra = 5;
}// 定义响应消息
message LoginResponse {string token = 1;bytes message = 2;
}

#include "login.pb.h"
#include <iostream>
using namespace std;int main(int argc, char *argv[]) {// 创建一个 LoginRequest 对象IMLogin::LoginRequest login_request;// login_request.set_username("张三");// username 是一个 repeated 字段，可以添加多个用户名login_request.add_username("张三");login_request.add_username("李四");login_request.add_username("王五");login_request.set_password("123");login_request.set_type(100);// 设置枚举值login_request.set_logintype(ADMIN);// 操作其他proto,extra字段login_request.mutable_extra()->set_time("key");login_request.mutable_extra()->set_level(6);// 将 LoginRequest 对象序列化为字符串string request_data;login_request.SerializeToString(&request_data);// 将字符串发送到服务器....// 服务器接收到字符串后，反序列化为 LoginRequest 对象LoginRequest login_response;Extrainfo extra = login_response.extra();login_response.ParseFromString(request_data);// 使用 LoginRequest 对象进行业务逻辑处理...// cout << "接收 用户名: " << login_response.username() << endl;cout << "接收 用户名: " << login_response.username(0) << endl;cout << "接收 用户名: " << login_response.username(1) << endl;cout << "接收 用户名: " << login_response.username(2) << endl;cout << "接收 密码: " << login_response.password() << endl;cout << "接收 类型: " << login_response.type() << endl;// 打印 枚举登陆类型cout << "接收 类型: " << login_response.logintype() << endl;// 访问其他proto,extra字段cout << "接收 extra 字段: " << extra.time() << endl;cout << "接收 extra 字段: " << extra.level() << endl;return 0;
}

7、protobuf中添加命名空间

在proto文件中添加package IMLogin，表示当前的proto文件命名空间为IMLogin，打开生成的头文件一看就懂，C++代码再定义对象时也要添加上命名空间。

8、protobuf编译安装

9、问题：使用protobuf为什么节省字节

1、变量名不用传递，传编号(按编号区分字段)

2、采用可变长字段方案(可自行了解下)

学习链接：https://github.com/0voice