最近在學習蘑菇街的TeamTalk開原始碼，新版的程式碼中包含了最新的很多框架和技術，其中包括了谷歌的Protocol Buffer簡稱ProtoBuf，該篇文章是我通過閱讀谷歌開發者中心後的學習總結，順便吐槽下，國內的網路真是蛋疼，現在家庭寬頻或者有些單位的寬頻連谷歌開發者中心都訪問不了，更別談什麼facebook啥的了，我能訪問谷歌開發者中心是通過一個VPN工具LoCo加速器，雖然是付費的，但是一不貴也就幾十塊錢一個月，速度和穩定性都不錯，用來訪問網頁足夠了。

閒話不多說，進入正題，需要詳細瞭解ProtoBuf的童鞋可以自己訪問谷歌開發者中心：https://developers.google.com/protocol-buffers/

簡介

ProtoBuf是一種靈活高效的獨立於語言平臺的結構化資料表示方法，可用於表示通訊協議和資料儲存等各方面，與XML相比，ProtoBuF更小更快更簡單。你可以用定義自己ProtoBuf的資料結構，用ProtoBuf編譯器生成特定語言的原始碼，（如C++，Java，Python等，目前ProtoBuf對主流的程式語言都提供了支援）方便的進行序列化和反序列化。

ProtoBuf 工作機制

在一個字尾名為.pro的檔案中定義你所需的任何需要序列化和反序列的結構，類似於中我們C/C++語言中的結構體定義，也類似於JSON類定義，ProtoBuf檔案的每一個屬性都是一個鍵值對，引用谷歌官方的例子說明，一個包含Person資訊的.pro檔案。

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;
}
 

.pro檔案的每一個屬性都是一個包含型別和名稱的對,protobuf的型別可以是string,int,bool,或者是其他ProtoBuf原始檔中定位的型別等。還開元指定該屬性的一些特殊欄位，比l如optional表示該屬性是可選的，required表示該屬性是必須的，repeated表示該屬性是一個list的集合(不知道用list類似形容是否合適，就差不多意思吧，包含1個或多個元素)，包含了若干個相同型別的值，不過在protoBuf 3中，optional和required都不需要的了，如果配了兩個，protoBuf 編譯器還會報錯，但是repeated的還是保留的，用來說明該欄位是一個list。 .protoBuf定義完以後，就可以使用ProtoBuf編譯器進行編譯，編譯時需要指定你需要生成的程式碼的語言型別。.pro檔案編譯成功後會生成*.pro.pb.hh 和*.pro.pb.cc兩個檔案，*和.pro原始檔名稱相同。在生成的檔案中會生成一個你定義的訊息型別的的類以及讀取和設定該訊息型別各個屬性的set和Get方法等，比如上例中會生成一個Person類，和name()，set_name()這樣的成員方法，以及序列化和反序列的方法，你可以用這些方法方便的讀取和設定相應的屬性，以及序列化和反序列化方法。 你可以像如下的方式序列化

Person person;
person.set_name("John Doe");
person.set_id(1234);
person.set_email("
 
[email protected]");
fstream output("myfile", ios::out | ios::binary);
person.SerializeToOstream(&output);

可以像如下方式反序列化，讀取各個欄位

fstream input("myfile", ios::in | ios::binary);
Person person;
person.ParseFromIstream(&input);
cout << "Name: " << person.name() << endl;
cout << "E-mail: " << person.email() << endl;

ProtoBuf的一個亮點是提供了向前和向後的相容性，你可以再你定義的訊息格式中增加欄位或者刪除欄位，當訊息由一個增加欄位後的系統向一個老版本系統傳送訊息時，老版本解析該訊息格式後會直接忽略新增的欄位，而當訊息從老版本發向新版本時，新版本解析該訊息時會將新增的欄位設定為預設值，所以你不需要擔心在系統中增加訊息欄位後的相容問題以及版本升級配套問題。

為什麼不用XML

在序列化和反序列化結構化資料時，ProtoBuf擁有XML很多無可比擬的優勢： 1、它比XML更為簡單。這點顯而易見 2、儲存同樣的資料比XML小3到10倍 3、執行速度比XML快20到100倍 4、更小的二義性 5、直接利用類和成員方法序列化反序列化資料更有利於程式設計。 比如你需要定義個結構化資料Person，包含了name和email屬性，在XML中你會這樣定義：

  <person>
    <name>John Doe</name>
    <email>[email protected]</email>
  </person>

而在ProtoBuf中的定義是這樣的：

# Textual representation of a protocol buffer.
# This is *not* the binary format used on the wire.
person {
  name: "John Doe"
  email: "[email protected]"
}

如果將上述的ProtoBuf檔案序列化，它僅僅佔據28個位元組的空間，解析該檔案也僅僅需要100到200納秒，而相同的XML檔案至少需要69個位元組儲存資料(除去空白)，解析該XML檔案至少需要10000納秒，而在對資料的操作方面ProtoBuf的操作也更加簡單：

  cout << "Name: " << person.name() << endl;
  cout << "E-mail: " << person.email() << endl;

而XML將會做如下動作：

  cout << "Name: "
       << person.getElementsByTagName("name")->item(0)->innerText()
       << endl;
  cout << "E-mail: "
       << person.getElementsByTagName("email")->item(0)->innerText()
       << endl;

然而，ProtoBuf與XML相比，有某些用途下並不是一個很好的解決方案，如ProtoBuf，並不適合用於給基本標籤的文字文件建模，此外XML是易讀的，自描述的，而ProtoBuf的二進位制文件並不是自描述的，除非擁有資料的原始檔，否則你很難理解序列化後的檔案中的內容，它是一個二進位制檔案。

該篇文章對ProtoBuf作了一個簡短的介紹，簡單來說可按如下步驟使用ProtoBuf： 1、定義你自己的資料結構格式(.pro)原始檔。 2、利用protoBuf提供的編譯器編譯原始檔。 3、使用ProtoBuf C++的API 讀寫訊息。


下一篇文章將介紹如何安裝和使用ProtoBuf