Protobuf之proto文件编写规则

2023-11-10

一. 简单介绍

protobuf文件：就是定义你要的消息（类似java中的类）和消息中的各个字段及其数据类型（类似java类中的成员变量和他的数据类型）

二. Protobuf消息定义

1、消息由至少一个字段组合而成，类似于C语言中的结构。每个字段都有一定的格式。

2、文件开头syntax="proto2"; 表明使用protobuf的编译器版本为v2，目前最新的版本为v3。

3、 package addressbook; 声明了一个包名，用来防止不同的消息类型命名冲突，类似于 namespace 。

1）限定修饰符包含 required\optional\repeated

Required: 表示是一个必须字段，必须相对于发送方，在发送消息之前必须设置该字段的值，对于接收方，必须能够识别该字段的意思。发送之前没有设置required字段或者无法识别required字段都会引发编解码异常，导致消息被丢弃。

Optional：表示是一个可选字段，可选对于发送方，在发送消息时，可以有选择性的设置或者不设置该字段的值。对于接收方，如果能够识别可选字段就进行相应的处理，如果无法识别，则忽略该字段，消息中的其它字段正常处理。---因为optional字段的特性，很多接口在升级版本中都把后来添加的字段都统一的设置为optional字段，这样老的版本无需升级程序也可以正常的与新的软件进行通信，只不过新的字段无法识别而已，因为并不是每个节点都需要新的功能，因此可以做到按需升级和平滑过渡。

Repeated：表示该字段可以包含[0,N]个元素。其特性和optional一样，但是每一次可以包含多个值。可以看作是在传递一个数组的值。

2）数据类型

Protobuf定义了一套基本数据类型。几乎都可以映射到C++\Java等语言的基础数据类型.

protobuf 数据类型	描述	打包	C++语言映射
bool	布尔类型	1字节	bool
double	64位浮点数	N	double
float	32为浮点数	N	float
int32	32位整数、	N	int
uin32	无符号32位整数	N	unsigned int
int64	64位整数	N	__int64
uint64	64为无符号整	N	unsigned __int64
sint32	32位整数，处理负数效率更高	N	int32
sing64	64位整数处理负数效率更高	N	__int64
fixed32	32位无符号整数	4	unsigned int32
fixed64	64位无符号整数	8	unsigned __int64
sfixed32	32位整数、能以更高的效率处理负数	4	unsigned int32
sfixed64	64为整数	8	unsigned __int64
string	只能处理 ASCII字符	N	std::string
bytes	用于处理多字节的语言字符、如中文	N	std::string
enum	可以包含一个用户自定义的枚举类型uint32	N(uint32)	enum
message	可以包含一个用户自定义的消息类型	N	object of class

N 表示打包的字节并不是固定。而是根据数据的大小或者长度。

例如int32，如果数值比较小，在0~127时，使用一个字节打包。

关于枚举的打包方式和uint32相同。

关于message，类似于C语言中的结构包含另外一个结构作为数据成员一样。

关于 fixed32 和int32的区别。fixed32的打包效率比int32的效率高，但是使用的空间一般比int32多。因此一个属于时间效率高，一个属于空间效率高。根据项目的实际情况，一般选择fixed32，如果遇到对传输数据量要求比较苛刻的环境，可以选择int32.

3）字段名称

字段名称的命名与C、C++、Java等语言的变量命名方式几乎是相同的。

protobuf建议字段的命名采用以下划线分割的驼峰式。例如 first_name 而不是firstName.

4）字段编码值

有了该值，通信双方才能互相识别对方的字段。当然相同的编码值，其限定修饰符和数据类型必须相同。

编码值的取值范围为 1~2^32（4294967296）。

其中 1~15的编码时间和空间效率都是最高的，编码值越大，其编码的时间和空间效率就越低（相对于1-15），当然一般情况下相邻的2个值编码效率的是相同的，除非2个值恰好实在4字节，12字节，20字节等的临界区。比如15和16.

1900~2000编码值为Google protobuf 系统内部保留值，建议不要在自己的项目中使用。

protobuf 还建议把经常要传递的值把其字段编码设置为1-15之间的值。

消息中的字段的编码值无需连续，只要是合法的，并且不能在同一个消息中有字段包含相同的编码值。

建议：项目投入运营以后涉及到版本升级时的新增消息字段全部使用optional或者repeated，尽量不实用required。如果使用了required，需要全网统一升级，如果使用optional或者repeated可以平滑升级。

5）默认值。

当在传递数据时，对于required数据类型，如果用户没有设置值，则使用默认值传递到对端。当接受数据是，对于optional字段，如果没有接收到optional字段，则设置为默认值。

三. Protobuf其它可选项

Protocol Buffer允许我们在.proto文件中定义一些常用的选项，这样可以指示Protocol Buffer编译器帮助我们生成更为匹配的目标语言代码。

Protocol Buffer内置的选项被分为以下三个级别：

文件级别，这样的选项将影响当前文件中定义的所有消息和枚举。
消息级别，这样的选项仅影响某个消息及其包含的所有字段。
字段级别，这样的选项仅仅响应与其相关的字段。

java_package可选项

java_package (file option): 是文件级别的选项，表明生成java类所在的包。如果在.proto文件中没有明确的声明java_package，就采用默认的包名。

当然了，默认方式产生的 java包名并不是最好的方式，按照应用名称倒序方式进行排序的。如果不需要产生java代码，则该选项将不起任何作用。

与此同时，生成的Java文件也将会自动存放到指定输出目录下的com/example/foo子目录中。

如：option java_package = "com.example.foo";

java_outer_classname可选项

java_outer_classname (file option): 是文件级别的选项，表明想要生成Java类的名称。如果在.proto文件中没有明确的java_outer_classname定义，

生成的class名称将会根据.proto文件的名称采用驼峰式的命名方式进行生成。如（foo_bar.proto生成的java类名为FooBar.java）,如果不生成java代码，

则该选项不起任何作用。

如：option java_outer_classname = "Ponycopter";

注：主要是因为Java中要求同一个.java文件中只能包含一个Java外部类或外部接口，而C++则不存在此限制。因此在.proto文件中定义的消息均为

指定外部类的内部类，这样才能将这些消息生成到同一个Java文件中。在实际的使用中，为了避免总是输入该外部类限定符，可以将该外部类静态

引入到当前Java文件中，

如：import static com.company.project.LYPhoneMessage.*。

四. 注意事项

1）关于import

protobuf 接口文件可以像C语言的h文件一个，分离为多个，在需要的时候通过 import导入需要对文件。其行为和C语言的#include或者java的import的行为大致相同。

2）关于package

避免名称冲突，可以给每个文件指定一个package名称，对于java解析为java中的包。对于C++则解析为名称空间。

3）关于message

支持嵌套消息，消息可以包含另一个消息作为其字段。也可以在消息内定义一个新的消息。

关于enum

枚举的定义和C++相同，但是有一些限制。

枚举值必须大于等于0的整数。

使用分号(;)分隔枚举变量而不是C++语言中的逗号(,)

4）message示例注意事项

示例：

syntax="proto2";

package FunMember; //命名空间

//分页请求参数

message PagerRequest{

optional int32 PageIndex=1;

required PageSize=2;

repeated User Modle=3;

}

message User{

int32 userId=1;

int32 memberId=2;

}

注意事项：

1、如果ProtoGenTools工具下载的是2.0的，则proto文件中开头一句

syntax="proto2";这里也必须是proto2，如果定义为proto3就会报错；

2、生成C#的.cs文件，使用的是protogen.exe工具，

生成Java，C#，Python文件，使用的是protoc.exe工具；

3、生成C#的.cs文件，定义proto文件的message消息时，变量前面必须添加修饰符：required\optional\repeated，否则报错；

生成Java，C#，Python文件，，定义proto文件的message消息时，变量前面不能添加修饰符，否则报错；

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