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Protocol Buffers(Protobuf)功能及使用方法

 更新時(shí)間：2025年01月23日 09:40:34   作者：old_power  
本文介紹了ProtocolBuffers（Protobuf）及其編譯器protoc,包括其數(shù)據(jù)描述語(yǔ)言的特性、編譯器的功能、.proto文件的定義、使用方法、支持的編程語(yǔ)言、安裝步驟、常用命令選項(xiàng)以及高級(jí)功能,感興趣的朋友跟隨小編一起看看吧

Protocol Buffers（Protobuf） 是Google公司開(kāi)發(fā)的一種數(shù)據(jù)描述語(yǔ)言，類(lèi)似于XML能夠?qū)⒔Y(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)序列化，可用于數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、通信協(xié)議等方面。
protoc 是 Protocol Buffers（Protobuf） 的編譯器，用于將 .proto 文件中定義的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)編譯成目標(biāo)編程語(yǔ)言的代碼。Protocol Buffers 是 Google 開(kāi)發(fā)的一種高效、跨語(yǔ)言的數(shù)據(jù)序列化格式，廣泛用于通信協(xié)議、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)等領(lǐng)域。protoc 是使用 Protobuf 的核心工具。

1. Protocol Buffers 簡(jiǎn)介

Protocol Buffers 是一種二進(jìn)制序列化格式，具有以下特點(diǎn)：

  • 高效：比 XML 和 JSON 更小、更快。
  • 跨語(yǔ)言：支持多種編程語(yǔ)言（如 C++, Java, Python, Go 等）。
  • 可擴(kuò)展：支持向后和向前兼容的字段更新。
  • 結(jié)構(gòu)化：通過(guò) .proto 文件定義數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。

2. protoc 的功能

protoc 的主要功能是將 .proto 文件編譯成目標(biāo)語(yǔ)言的代碼，生成的代碼包括：

  • 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的類(lèi)或結(jié)構(gòu)體定義。
  • 序列化和反序列化方法。
  • 其他輔助方法（如字段訪問(wèn)、初始化等）。

3. .proto 文件

.proto 文件是 Protocol Buffers 的核心，用于定義數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和消息格式。以下是一個(gè)簡(jiǎn)單的 .proto 文件示例：

syntax = "proto3";  // 使用 proto3 語(yǔ)法
message Person {
  string name = 1;  // 字段編號(hào)必須唯一
  int32 id = 2;
  string email = 3;
}
  • syntax：指定使用的 Protobuf 語(yǔ)法版本（proto2 或 proto3）。
  • message：定義數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，類(lèi)似于類(lèi)或結(jié)構(gòu)體。
  • 字段類(lèi)型：如 string、int32、bool 等。
  • 字段編號(hào)：每個(gè)字段的唯一標(biāo)識(shí)符，用于二進(jìn)制編碼。

4. 使用 protoc 編譯 .proto 文件

protoc 的基本命令格式如下：

protoc --<language>_out=<output_dir> <proto_file>
  • --<language>_out：指定目標(biāo)語(yǔ)言和輸出目錄。例如：
  • --cpp_out 生成 C++ 代碼。
  • --java_out 生成 Java 代碼。
  • --python_out 生成 Python 代碼。
  • <output_dir>：生成的代碼的輸出目錄。
  • <proto_file>：輸入的 .proto 文件。

示例

假設(shè)有一個(gè) example.proto 文件，生成 Python 代碼：

protoc --python_out=. example.proto

這將生成 example_pb2.py 文件，供 Python 項(xiàng)目使用。

5. 支持的編程語(yǔ)言

protoc 支持多種編程語(yǔ)言，包括但不限于：

  • C++
  • Java
  • Python
  • Go
  • JavaScript
  • Ruby
  • C#
  • PHP
  • Dart
  • Kotlin

每種語(yǔ)言需要安裝對(duì)應(yīng)的 Protobuf 運(yùn)行時(shí)庫(kù)。

6. 安裝protoc

在 Linux 上安裝

使用包管理器安裝：

sudo apt-get install protobuf-compiler  # Ubuntu/Debian
sudo yum install protobuf-compiler      # CentOS/RHEL

在 macOS 上安裝

使用 Homebrew 安裝：

brew install protobuf

在 Windows 上安裝

7. 常用命令選項(xiàng)

  • --cpp_out：生成 C++ 代碼。
  • --java_out：生成 Java 代碼。
  • --python_out：生成 Python 代碼。
  • --go_out：生成 Go 代碼。
  • --include_imports：包含所有依賴(lài)的 .proto 文件。
  • --proto_path：指定 .proto 文件的搜索路徑。

8. 示例：完整使用流程

步驟 1：定義 .proto 文件

創(chuàng)建 person.proto 文件：

syntax = "proto3";
message Person {
  string name = 1;
  int32 id = 2;
  string email = 3;
}

步驟 2：編譯 .proto 文件

生成 Python 代碼：

protoc --python_out=. person.proto

執(zhí)行 protoc --python_out=. person.proto 后，會(huì)生成 person_pb2.py 文件，內(nèi)容類(lèi)似于：

# Generated by the protocol buffer compiler.  DO NOT EDIT!
# source: person.proto
import sys
_b=sys.version_info[0]<3 and (lambda x:x) or (lambda x:x.encode('latin1'))
from google.protobuf import descriptor as _descriptor
from google.protobuf import message as _message
from google.protobuf import reflection as _reflection
from google.protobuf import symbol_database as _symbol_database
# @@protoc_insertion_point(imports)
_sym_db = _symbol_database.Default()
class Person(_message.Message):
    __slots__ = ['name', 'id', 'email']
    NAME_FIELD_NUMBER = 1
    ID_FIELD_NUMBER = 2
    EMAIL_FIELD_NUMBER = 3
    ...

步驟 3：在 Python 中使用生成的代碼

生成的 person_pb2.py 文件包含一個(gè) Person 類(lèi)，可以直接在 Python 代碼中使用。

import person_pb2  # 導(dǎo)入生成的模塊
# 創(chuàng)建一個(gè) Person 對(duì)象
person = person_pb2.Person()
person.name = "John Doe"
person.id = 1234
person.email = "johndoe@example.com"
# 序列化（將對(duì)象轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制數(shù)據(jù)）
serialized_data = person.SerializeToString()
print("Serialized data:", serialized_data)
# 反序列化（將二進(jìn)制數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為對(duì)象）
new_person = person_pb2.Person()
new_person.ParseFromString(serialized_data)
# 訪問(wèn)反序列化后的數(shù)據(jù)
print("Name:", new_person.name)
print("ID:", new_person.id)
print("Email:", new_person.email)
  • SerializeToString()：將消息對(duì)象序列化為二進(jìn)制字符串。
  • ParseFromString(data)：將二進(jìn)制字符串反序列化為消息對(duì)象。
  • 字段訪問(wèn)：通過(guò) . 操作符訪問(wèn)消息字段（如 person.name）。

運(yùn)行結(jié)果

Serialized data: b'\n\x08John Doe\x10\xd2\t\x1a\x10johndoe@example.com'
Name: John Doe
ID: 1234
Email: johndoe@example.com

9. 高級(jí)功能

  • 嵌套消息：在 message 中定義嵌套的 message。
  • 枚舉類(lèi)型：定義枚舉字段。
  • Oneof：指定一組字段中只能有一個(gè)字段被設(shè)置。
  • Map：定義鍵值對(duì)字段。
  • RPC 服務(wù)：定義 gRPC 服務(wù)接口。

10. 總結(jié)

protoc 是 Protocol Buffers 的核心工具，用于將 .proto 文件編譯成目標(biāo)語(yǔ)言的代碼。它支持多種編程語(yǔ)言，生成的代碼高效且易于使用。通過(guò) Protocol Buffers，開(kāi)發(fā)者可以輕松實(shí)現(xiàn)跨語(yǔ)言的數(shù)據(jù)序列化和通信。

到此這篇關(guān)于Protocol Buffers（Protobuf）簡(jiǎn)介的文章就介紹到這了,更多相關(guān)Protocol Buffers Protobuf 簡(jiǎn)介內(nèi)容請(qǐng)搜索腳本之家以前的文章或繼續(xù)瀏覽下面的相關(guān)文章希望大家以后多多支持腳本之家！

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