protobuf c++ API


1、在.proto文件中定義消息格式

2、使用protobuf編譯器
3、使用c++ api來讀寫消息
 
0、為何使用protobuf?
 
1、原始內存數據結構,可以以二進制方式sent/saved.這種方式需要相同的內存布局和字節序。
2、以ad-hoc方式將數據項編碼成一個簡單字符串----比如,將4個int類型編碼成"12:3:-23:67"。這種方式簡靈活。適用於簡單數據。
3、將數據序列化為XML。這種方式很流行,因為xml可讀性好,編碼解碼方便,性能也好。僅僅XML dom樹比較復雜。
 
protobuf可以很好的解決上述問題。你編寫一個.proto文件來描述數據結構。protobuf編譯器使用它創建一個類,使用二進制方式自動編碼/解碼該數據結構。生成的類提供getter/setter方法。
 
最重要的是,protobuf支持在此基礎上進行格式擴展。
 
 
1、定義協議格式
 

package tutorial; message Person{
required string name =1;
required int32 id =2;
optional string email =3;

enumPhoneType{
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;
}

 
該結構與c++或java很像.
 
.proto文件以包聲明開始,防止名字沖突。
簡單類型:bool, int32, float, double, string.
其它類型:如上述的Person, PhoneNumber
 
類型可以嵌套。
“=1”, “=2”標識唯一“tag”.tag數1-15需要至少一個字節。
 
required: 必須設置它的值
optional: 可以設置,也可以不設置它的值
repeated: 可以認為是動態分配的數組
google工程師認為使用required威害更大, 他們更喜歡使用optional, repeated.
 
 
2、編譯你的協議
 
運行protoc 來生成c++文件:
protoc -I=$SRC_DIR --cpp_out=$DST_DIR $SRC_DIR/addressbook.proto
生成的文件為:
addressbook.pb.h, 
addressbook.pb.cc
 
3、protobuf API
 
生成的文件中有如下方法:
// name
 
inlinebool has_name()const;
 
inlinevoid clear_name();
 
inlineconst::std::string& name()const;
 
inlinevoid set_name(const::std::string& value);
 
inlinevoid set_name(constchar* value);
 
inline::std::string* mutable_name();

 
// id
 
inlinebool has_id()const;
 
inlinevoid clear_id();
 
inlineint32_t id()const;
 
inlinevoid set_id(int32_t value);

 
// email
 
inlinebool has_email()const;
 
inlinevoid clear_email();
 
inlineconst::std::string& email()const;
 
inlinevoid set_email(const::std::string& value);
 
inlinevoid set_email(constchar* value);
 
inline::std::string* mutable_email();

 
// phone
 
inlineint phone_size()const;
 
inlinevoid clear_phone();
 
inlineconst::google::protobuf::RepeatedPtrField<::tutorial::Person_PhoneNumber>& phone()const;
 
inline::google::protobuf::RepeatedPtrField<::tutorial::Person_PhoneNumber>* mutable_phone();
 
inlineconst::tutorial::Person_PhoneNumber& phone(int index)const;
 
inline::tutorial::Person_PhoneNumber* mutable_phone(int index);
 
inline::tutorial::Person_PhoneNumber* add_phone();

4、枚舉與嵌套類

 
生成的代碼包含一個PhoneType枚舉。Person::PhoneType, Person:MOBILE, Person::HOME, Person:WORK.
 
編譯器生成的嵌套類稱為Person::PhoneNumber. 實際生成類為Person_PhoneNumber.
 
5、標准方法
 

bool IsInitialized() const:                確認required字段是否被設置

string DebugString() const:                返回消息的可讀表示,用於調試

void CopyFrom(const Person& from):         使用給定消息值copy

void Clear():                              清除所有元素為空狀態

6、解析與序列化
 

bool SerializeToString(string* output) const:        序列化消息,將存儲字節的以string方式輸出。注意字節是二進,而非文本;

bool ParseFromString(const string& data):            解析給定的string     

bool SerializeToOstream(ostream* output) const:      寫消息給定的c++  ostream

bool ParseFromIstream(istream* input):               從給定的c++ istream中解析出消息

7、protobuf和 oo設計
不要繼承生成類並在此基礎上添加相應的行為
 
8、寫消息
 
示例:它從一個文件中讀取AddressBook,基於io添加一個新的Person,並將新的AddressBook 寫回文件。
#include<iostream>
#include<fstream>
#include<string>
#include"addressbook.pb.h"
usingnamespace std;

// This function fills in a Person message based on user input.
voidPromptForAddress(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);
   
}elseif(type =="home"){
     
phone_number->set_type(tutorial::Person::HOME);
   
}elseif(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;
   
}elseif(!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();

 
return0;
}
注意使用 GOOGLE_PROTOBUF_VERIFY_VERSION宏。每一個.pb.cc文件在啟動時都將自動調用該宏。
 
注意在程序結尾處調用 ShutdownProtobufLibrary()。
 
9、讀消息 
#include<iostream>
#include<fstream>
#include<string>
#include"addressbook.pb.h"
usingnamespace std;

// Iterates though all people in the AddressBook and prints info about them.
voidListPeople(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()){
       
casetutorial::Person::MOBILE:
          cout
<<"  Mobile phone #: ";
         
break;
       
casetutorial::Person::HOME:
          cout
<<"  Home phone #: ";
         
break;
       
casetutorial::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();

 
return0;
}
10、擴展protobuf
 
如果希望向后兼容,必須遵循:
a、不必更改tag數
b、不必添加或刪除任何required字段
c、可以刪除optional或repeated字段
d、可以添加新的optional或repeated字段,但你必須使用新的tag數。
 
11、優化
c++的protobuf庫,已經極大地優化了。合理使用可以改善性能。
a、如果可能,復用message對象。
b、關於多線程的內存分配器
 
12、高級用法
 
protobuf的消息類的一個關鍵特性是,反射(reflection)。可以使用xml或json來實現。 參考
 
 
================================================================
常見問題:
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


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