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1、在.proto文件中定义消息格式
2、使用protobuf编译器
3、使用c++ api来读写消息
0、为何使用protobuf?
1、原始内存数据结构，可以以二进制方式sent/saved.这种方式需要相同的内存布局和字节序。
2、以ad-hoc方式将数据项编码成一个简单字符串----比如，将4个int类型编码成"12:3:-23:67"。这种方式简灵活。适用于简单数据。
3、将数据序列化为XML。这种方式很流行，因为xml可读性好，编码解码方便，性能也好。仅仅XML dom树比较复杂。
protobuf可以很好的解决上述问题。你编写一个.proto文件来描述数据结构。protobuf编译器使用它创建一个类，使用二进制方式自动编码/解码该数据结构。生成的类提供getter/setter方法。
最重要的是，protobuf支持在此基础上进行格式扩展。
1、定义协议格式
package tutorial; message Person {
required string name = 1;
required int32 id = 2;
optional string email = 3;
enum PhoneType {
MOBILE = 0;
HOME = 1;
WORK = 2;
}
message PhoneNumber {
required string number = 1;
optional PhoneType type = 2 [default = HOME];
}
repeated PhoneNumber phone = 4;
}
message AddressBook {
repeated Person person = 1;
}
该结构与c++或java很像.
.proto文件以包声明开始，防止名字冲突。
简单类型：bool, int32, float, double, string.
其它类型：如上述的Person, PhoneNumber
类型可以嵌套。
“=1”， “=2”标识唯一“tag”.tag数1-15需要至少一个字节。
required: 必须设置它的值
optional: 可以设置，也可以不设置它的值
repeated: 可以认为是动态分配的数组
google工程师认为使用required威害更大， 他们更喜欢使用optional, repeated.
2、编译你的协议
运行protoc 来生成c++文件：
protoc -I=$SRC_DIR --cpp_out=$DST_DIR $SRC_DIR/addressbook.proto
生成的文件为：
addressbook.pb.h,
addressbook.pb.cc
3、protobuf API
生成的文件中有如下方法：
// name inline bool has_name() const; 判断是否有 inline void clear_name(); inline const ::std::string& name() const; 取内容 inline void set_name(const ::std::string& value); 设置变量 inline void set_name(const char* value); inline ::std::string* mutable_name(); // id inline bool has_id() const; inline void clear_id(); inline int32_t id() const; inline void set_id(int32_t value); // email inline bool has_email() const; inline void clear_email(); inline const ::std::string& email() const; inline void set_email(const ::std::string& value); inline void set_email(const char* value); inline ::std::string* mutable_email(); // phone inline int phone_size() const; inline void clear_phone(); inline const ::google::protobuf::RepeatedPtrField< ::tutorial::Person_PhoneNumber >& phone() const; inline ::google::protobuf::RepeatedPtrField< ::tutorial::Person_PhoneNumber >* mutable_phone(); inline const ::tutorial::Person_PhoneNumber& phone(int index) const; inline ::tutorial::Person_PhoneNumber* mutable_phone(int index); inline ::tutorial::Person_PhoneNumber* add_phone();
4、枚举与嵌套类
生成的代码包含一个PhoneType枚举。Person::PhoneType, Person:MOBILE, Person::HOME, Person:WORK.
编译器生成的嵌套类称为Person::PhoneNumber. 实际生成类为Person_PhoneNumber.
5、标准方法
bool IsInitialized() const: 确认required字段是否被设置
string DebugString() const: 返回消息的可读表示，用于调试
void CopyFrom(const Person& from): 使用给定消息值copy
void Clear(): 清除所有元素为空状态
6、解析与序列化
bool SerializeToString(string* output) const: 序列化消息，将存储字节的以string方式输出。注意字节是二进制，而非文本；
bool ParseFromString(const string& data): 解析给定的string
bool SerializeToOstream(ostream* output) const: 写消息给定的c++ ostream中
bool ParseFromIstream(istream* input): 从给定的c++ istream中解析出消息
7、protobuf和 oo设计
不要继承生成类并在此基础上添加相应的行为
8、写消息
示例：它从一个文件中读取AddressBook，基于io添加一个新的Person，并将新的AddressBook写回文件。
#include <iostream>#include <fstream>#include <string>#include "addressbook.pb.h"using namespace std;
// This function fills in a Person message based on user input.void PromptForAddress(tutorial::Person* person) { cout << "Enter person ID number: "; int id; cin >> id; person->set_id(id); cin.ignore(256, ‘\n‘);
cout << "Enter name: "; getline(cin, *person->mutable_name());
cout << "Enter email address (blank for none): "; string email; getline(cin, email); if (!email.empty()) { person->set_email(email); }
while (true) { cout << "Enter a phone number (or leave blank to finish): "; string number; getline(cin, number); if (number.empty()) { break; }
tutorial::Person::PhoneNumber* phone_number = person->add_phone(); phone_number->set_number(number);
cout << "Is this a mobile, home, or work phone? "; string type; getline(cin, type); if (type == "mobile") { phone_number->set_type(tutorial::Person::MOBILE); } else if (type == "home") { phone_number->set_type(tutorial::Person::HOME); } else if (type == "work") { phone_number->set_type(tutorial::Person::WORK); } else { cout << "Unknown phone type. Using default." << endl; } }}
// Main function: Reads the entire address book from a file,// adds one person based on user input, then writes it back out to the same// file.int main(int argc, char* argv[]) { // Verify that the version of the library that we linked against is // compatible with the version of the headers we compiled against. GOOGLE_PROTOBUF_VERIFY_VERSION;
if (argc != 2) { cerr << "Usage: " << argv[0] << " ADDRESS_BOOK_FILE" << endl; return -1; }
tutorial::AddressBook address_book;
{ // Read the existing address book. fstream input(argv[1], ios::in | ios::binary); if (!input) { cout << argv[1] << ": File not found. Creating a new file." << endl; } else if (!address_book.ParseFromIstream(&input)) { cerr << "Failed to parse address book." << endl; return -1; } }
// Add an address. PromptForAddress(address_book.add_person());
{ // Write the new address book back to disk. fstream output(argv[1], ios::out | ios::trunc | ios::binary); if (!address_book.SerializeToOstream(&output)) { cerr << "Failed to write address book." << endl; return -1; } }
// Optional: Delete all global objects allocated by libprotobuf. google::protobuf::ShutdownProtobufLibrary();
return 0;}
注意使用GOOGLE_PROTOBUF_VERIFY_VERSION宏。每一个.pb.cc文件在启动时都将自动调用该宏。
注意在程序结尾处调用ShutdownProtobufLibrary()。
9、读消息
#include <iostream>#include <fstream>#include <string>#include "addressbook.pb.h"using namespace std;
// Iterates though all people in the AddressBook and prints info about them.void ListPeople(const tutorial::AddressBook& address_book) { for (int i = 0; i < address_book.person_size(); i++) { const tutorial::Person& person = address_book.person(i);
cout << "Person ID: " << person.id() << endl; cout << " Name: " << person.name() << endl; if (person.has_email()) { cout << " E-mail address: " << person.email() << endl; }
for (int j = 0; j < person.phone_size(); j++) { const tutorial::Person::PhoneNumber& phone_number = person.phone(j);
switch (phone_number.type()) { case tutorial::Person::MOBILE: cout << " Mobile phone #: "; break; case tutorial::Person::HOME: cout << " Home phone #: "; break; case tutorial::Person::WORK: cout << " Work phone #: "; break; } cout << phone_number.number() << endl; } }}
// Main function: Reads the entire address book from a file and prints all// the information inside.int main(int argc, char* argv[]) { // Verify that the version of the library that we linked against is // compatible with the version of the headers we compiled against. GOOGLE_PROTOBUF_VERIFY_VERSION;
if (argc != 2) { cerr << "Usage: " << argv[0] << " ADDRESS_BOOK_FILE" << endl; return -1; }
tutorial::AddressBook address_book;
{ // Read the existing address book. fstream input(argv[1], ios::in | ios::binary); if (!address_book.ParseFromIstream(&input)) { cerr << "Failed to parse address book." << endl; return -1; } }
ListPeople(address_book);
// Optional: Delete all global objects allocated by libprotobuf. google::protobuf::ShutdownProtobufLibrary();
return 0;}
10、扩展protobuf
如果希望向后兼容，必须遵循：
a、不必更改tag数
b、不必添加或删除任何required字段
c、可以删除optional或repeated字段
d、可以添加新的optional或repeated字段，但你必须使用新的tag数。
11、优化
c++的protobuf库，已经极大地优化了。合理使用可以改善性能。
a、如果可能，复用message对象。
b、关于多线程的内存分配器
12、高级用法
protobuf的消息类的一个关键特性是，反射(reflection)。可以使用xml或json来实现。参考。
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常见问题：
1、undefined reference to `pthread_once‘
使用-lpthread:
2、error while loading shared libraries: libprotobuf.so.7: cannot open shared object file: No such file or directory
使用-Wl,-Bstatic -lprotobuf -Wl,-Bdynamic -lpthread