Google Protocol Buffers浅析（一）

本文介绍怎么使用Protocol Buffer技术来压缩与解析你的数据文件，详细信息请参阅Google开放的开发者网页文档：http://code.google.com/apis/protocolbuffers/docs/overview.html。

Google Protocol Buffers简介

当然，在继续本文之前，读者还是需要对Google Protocol Buffers有一些基本的认识。Protocol buffers是一个用来序列化结构化数据的技术，支持多种语言诸如C++、Java以及Python语言，可以使用该技术来持久化数据或者序列化成网络传输的数据。相比较一些其他的XML技术而言，该技术的一个明显特点就是更加节省空间（以二进制流存储）、速度更快以及更加灵活。

通常，编写一个protocol buffers应用需要经历如下三步：

(1)定义消息格式文件，最好以proto作为后缀名

(2)使用Google提供的protocol buffers编译器来生成代码文件，一般为.h和.cc文件，主要是对消息格式以特定的语言方式描述

(3)使用protocol buffers库提供的API来编写应用程序

定义Proto文件

proto文件即消息协议原型定义文件，在该文件中我们可以通过使用描述性语言，来良好的定义我们程序中需要用到数据格式。首先我们可以通过Google在线文档上提供的一个电话簿的例子来了解下，不过稍微加了点改动。

诚如你看到的一样，消息格式定义很简单，对于每个字段而言都有一个修饰符（required/repeated/optional）、字段类型（bool/string/bytes/int32等）和字段标签(Tag)组成。

三个修饰符从词义上可以很清楚的弄明白，

(1)对于required的字段而言，初值是必须要提供的，否则字段的便是未初始化的。在Debug模式的buffer库下编译的话，序列化话的时候可能会失败，而且在反序列化的时候对于该字段的解析会总是失败的。所以，对于修饰符为required的字段，请在序列化的时候务必给予初始化。

(2)对于optional的字段而言，如果未进行初始化，那么一个默认值将赋予该字段，当然也可以指定默认值，如上述proto定义中的PhoneType字段类型。

(3)对于repeated的字段而言，该字段可以重复多个，google提供的这个addressbook例子便有个很好的该修饰符的应用场景，即每个人可能有多个电话号码。在高级语言里面，我们可以通过数组来实现，而在proto定义文件中可以使用repeated来修饰，从而达到相同目的。当然，出现0次也是包含在内的。

其中字段标签标示了字段在二进制流中存放的位置，这个是必须的，而且序列化与反序列化的时候相同的字段的Tag值必须对应，否则反序列化会出现意想不到的问题。

编译.proto文件

定义好了proto文件，就可以将该文件作为protocol buffers编译器的输入文件，编译产生特定语言的数据定义代码文件了。本文针对C++语言，编译后生成的是.h与.cc的代码文件。对于C++、Java还有Python都有各自的编译器，下载地址：http://code.google.com/p/protobuf/downloads/list

当你下载完了对应的编译器二进制文件后，就可以使用下列命令来完成编译过程：protoc.exe -proto_path=SRC--cpp_out=DST SRC/addressbook.proto

通过查看头文件，可以发现针对每个字段都会大致生成如下几种函数，number为例：

可以看出，对于每个字段会生成一个has函数(has_number)、clear清除函数(clear_number)、set函数(set_number)、get函数(number和mutable_number)。这儿解释下get函数中的两个函数的区别，对于原型为const std::string &number() const的get函数而言，返回的是常量字段，不能对其值进行修改。但是在有一些情况下，对字段进行修改是必要的，所以提供了一个mutable版的get函数，通过获取字段变量的指针，从而达到改变其值的目的。

而对于字段修饰符为repeated的字段生成的函数，则稍微有一些不同，如phone字段，则编译器会为其产生如下的代码：

可以看出，set函数变成了add函数，这个其实很好理解。上面也说过，repeated修饰的字段在高级语言中的实现可能是个数组或动态数组，所以当然通过添加的方式来加入新的字段值。而起get函数也变化很大，这个也不用多说了。

好了，本文主要是对了解protocol buffer作了些简单的介绍，当然更详细的还是看官方文档。下篇文章开始将介绍怎么利用protocol buffers来完成序列化与反序列化数据。