首先，protocol buffer（protobuf）是一种轻便高效的结构化数据存储格式，可以用于结构化数据串行化，或者说序列化。相较XML、json更加得轻便，易懂。它很适合做数据存储或 RPC 数据交换格式。可用于通讯协议、数据存储等领域的语言无关、平台无关、可扩展的序列化结构数据格式。常与google的gRPC框架配合使用。目前提供了 C++、Java、Python 三种语言的 API。
protobuf的基础内容网上的资料较多，了解可以看 DeveloperWorks 、官方中文文档 。
最常用的数据格式是message，例如一个订单数据可以用message表示如下（这些信息将被卸载.proto文件中）：
message Order { required uint64 uid = 1; required float cost = 2; optional string tag = 3; }
它经过 protobuf 编译成 c++ 代码，会生成对应的 XXX.pb.h 和 XXX.pb.cc。message 会对应生成一个 class，里面存放对应的 data members，处理这些数据的函数，以及对应的打包和解包函数。
对于储存的message格式的数据需要知道的是：
1. 每个字段末尾赋值的 tag：该 tag 是用来标记该字段在序列化后的二进制数据中所在的 field，每个字段的 tag 在 message 内部都是独一无二的。也不能进行改变，否则数据就不能正确的解包。
2. 数据类型前面的修饰词：
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required: 必须赋值，不能为空，否则该条 message 会被认为是“uninitialized”。build 一个“uninitialized” message 会抛出一个 RuntimeException 异常，解析一条 “uninitialized” message 会抛出一条 IOException 异常。除此之外，“required” 字段跟 “optional” 字段并无差别。 -
optional: 字段可以赋值，也可以不赋值。假如没有赋值的话，会被赋上默认值。 -
repeated: 该字段可以重复任意次数，包括 0 次。重复数据的顺序将会保存在 protocol buffer 中，将这个字段想象成一个可以自动设置 size 的数组就可以了。
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枚举
message 数据格式在 c++ 中被 protobuf 自动编译包含一下内容：
//xxx.proto message Order { required uint64 uid = 1; required float cost = 2; optional string tag = 3; } //xxx.pb.h class Order : public ::google::protobuf::Message { public: ... // accessors ------------------------------------------------------- // required uint64 uid = 1; inline bool has_uid() const; inline void clear_uid(); static const int kUidFieldNumber = 1; inline ::google::protobuf::uint64 uid() const; inline void set_uid(::google::protobuf::uint64 value); // required float cost = 2; inline bool has_cost() const; inline void clear_cost(); static const int kCostFieldNumber = 2; inline float cost() const; inline void set_cost(float value); // optional string tag = 3; inline bool has_tag() const; inline void clear_tag(); static const int kTagFieldNumber = 3; inline const ::std::string& tag() const; inline void set_tag(const ::std::string& value); inline void set_tag(const char* value); inline void set_tag(const char* value, size_t size); inline ::std::string* mutable_tag(); inline ::std::string* release_tag(); inline void set_allocated_tag(::std::string* tag); // @@protoc_insertion_point(class_scope:Order) private: inline void set_has_uid(); inline void clear_has_uid(); inline void set_has_cost(); inline void clear_has_cost(); inline void set_has_tag(); inline void clear_has_tag(); ::google::protobuf::uint32 _has_bits_[1]; ::google::protobuf::uint64 uid_; ::std::string* tag_; float cost_; };
对于每一个 message 的 data member，protobuf 会自动生成相关的处理函数，对于每一个字段主要的处理函数有：has_uid(), clear_uid(), uid(), set_uid()，它们分别用于判断该字段是否被设置，清除该字段设置记录，获得该字段，设置该字段。对于示例中的 uid 字段，对应函数的实现如下：
//xxx.pb.h // required uint64 uid = 1; inline bool Order::has_uid() const { return (_has_bits_[0] & 0x00000001u) != 0; } inline void Order::set_has_uid() { _has_bits_[0] |= 0x00000001u; } inline void Order::clear_has_uid() { _has_bits_[0] &= ~0x00000001u; } inline void Order::clear_uid() { uid_ = GOOGLE_ULONGLONG(0); clear_has_uid(); } inline ::google::protobuf::uint64 Order::uid() const { // @@protoc_insertion_point(field_get:Order.uid) return uid_; } inline void Order::set_uid(::google::protobuf::uint64 value) { set_has_uid(); uid_ = value; // @@protoc_insertion_point(field_set:Order.uid) }
首先是protobuf最基础/核心的内容，就是结构数据的序列化和反序列化函数：
通过前面的基础介绍，相当于我们已经定义了自己的protocol buffer协议，在.proto文件中，且经过了protoc编译器的编译现在相当于我们已经有了一个协议，开始应用protobuf提供的序列化和反序列化的API。
//c数组的序列化和反序列化 bool ParseFromArray(const void* data, int size); //反序列化 bool SerializeToArray(void* data, int size) const; //序列化 //序列化 void set_people() { wp.set_name("sealyao"); wp.set_id(123456); wp.set_email("sealyaog@gmail.com"); wp.SerializeToArray(parray,256); //将wp序列化，结果保存在parray中，是一个char* } //反序列化 void get_people() { rap.ParseFromArray(parray,256); cout << "Get People from Array:" << endl; cout << " Name : " <<rap.name() << endl; cout << " Id : " << rap.id() << endl; cout << " email : " << rap.email() << endl; }
当然除了c语言的序列化/反序列化还提供了其他一些API：
//C++ String的序列化和反序列化API bool SerializeToString(string* output) const; bool ParseFromString(const string& data); //序列化 void set_people() { wp.set_name("sealyao"); wp.set_id(123456); wp.set_email("sealyaog@gmail.com"); wp.SerializeToString(&pstring); } //反序列化 void get_people() { rsp.ParseFromString(pstring); cout << "Get People from String:" << endl; cout << " Name : " <<rsp.name() << endl; cout << " Id : " << rsp.id() << endl; cout << " email : " << rsp.email() << endl; }
//文件描述符的序列化和序列化API bool SerializeToFileDescriptor(int file_descriptor) const; bool ParseFromFileDescriptor(int file_descriptor); //序列化 void set_people() { fd = open(path,O_CREAT|O_TRUNC|O_RDWR,0644); if(fd <= 0){ perror("open"); exit(0); } wp.set_name("sealyaog"); wp.set_id(123456); wp.set_email("sealyaog@gmail.com"); wp.SerializeToFileDescriptor(fd); close(fd); } //反序列化 void get_people() { fd = open(path,O_RDONLY); if(fd <= 0){ perror("open"); exit(0); } rp.ParseFromFileDescriptor(fd); std::cout << "Get People from FD:" << endl; std::cout << " Name : " <<rp.name() << endl; std::cout << " Id : " << rp.id() << endl; std::cout << " email : " << rp.email() << endl; close(fd); }
//C++ stream序列化和反序列化API bool SerializeToOstream(ostream* output) const; bool ParseFromIstream(istream* input); //序列化 void set_people() { fstream fs(path,ios::out|ios::trunc|ios::binary); wp.set_name("sealyaog"); wp.set_id(123456); wp.set_email("sealyaog@gmail.com"); wp.SerializeToOstream(&fs); fs.close(); fs.clear(); } //反序列化 void get_people() { fstream fs(path,ios::in|ios::binary); rp.ParseFromIstream(&fs); std::cout << " Name : " <<rp.name() << endl; std::cout << " Id : " << rp.id() << endl; std::cout << " email : " << rp.email() << endl; fs.close(); fs.clear(); }