一、protobuf协议详解

在protobuf中，协议是由一系列的消息（message）组成的，如下所示：

systax = "proto3"; //表明使用proto3语法；如果你没有指定这个，编译器会使用proto2语法；这个指定语法行必须是文件的非空非注释的第一个行
package School; //包名，类似于模块

message Student { //消息，类似于类
	required string name = 1 [default="张三"];
	optional int32 chinese = 2 [default=0];
	optional int32 math = 3 [default=0];
	optional int32 english = 4 [default=0];
}

message Teacher {
	required strint name = 1;
	optional string class = 2;
	optional string object = 3; 
}

message HengShuiZhongXue {
	repeated Student student = 1; //message内可以嵌套message
	repeated Teacher teachar = 2;
}

字段格式：

限定修饰符① | 数据类型② | 字段名称③ = 字段编码值④ | 字段默认值⑤

①. 限定修饰符 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。

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，可以看作是一个数组。

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。

N：表示打包的字节并不是固定的，而是根据数据的大小或者长度决定的

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：字母、数字和下划线组成

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

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）， protobuf 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. 字段默认值

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。 对于optional字段，如果没有接收到optional字段，则设置为默认值。

对于strings，默认是一个空string

对于bytes，默认是一个空的bytes

对于bools，默认是false

对于数值类型，默认是0

二、使用message

//Demo.proto 协议格式文件
syntax='proto3'
package=Demo

message Data {
	optional int32 x = 1;
	optional string str = 2;
	repeated int32 d = 3;
}

2.1、类成员变量的访问

• 获取成员变量：直接采用使用成员变量名（全部为小写）；
• 设置成员变量：使用成员变量名前加set_的方法

//使用message
#include <Demo.pb.h>
#include <QDebug>

Demo::Data data;
data.set_x(20); //设置成员变量
qDebug()<<data.x(); //获取成员变量

对于普通成员变量（required和optional）

• 提供has_方法判断变量值是否被设置；
• 提供clear_方法清除设置的变量值 ；

//使用message
#include <Demo.pb.h>
#include <QDebug>

Demo::Data data;
data.set_x(20); //设置成员变量
qDebug()<<data.has_x(); //判断变量值是否被设置
data.clear_x(); //清除x设置的变量值

对于string类型

• 提供了多种set_方法，其参数不同；
• 提供了一个mutable_方法，返回变量值的可修改指针 ；

//使用message
#include <Demo.pb.h>
#include <QDebug>

Demo::Data data;
data.set_str(20); //设置成员变量
std::string* mutable_str(); //返回str变量值的可修改指针

对于repeated变量

• _size方法：返回变量的长度；
• 通过下脚标访问其中的数据成员组；
• 通过下脚标返回其中的成员的mutable_的方法
• _add方法：增加一个成员

//使用message
#include <Demo.pb.h>
#include <QDebug>

Demo::Data data;
for(int i=0; i<10; i++)
{
  
    data.d_add(i); //向d中添加成员
}
for(int i=0; i<data.d_size(); i++)
    printf("%d\t",data.d(i)); //通过下脚标访问数据成员组

三、序列化和反序列化

3.1、序列化和反序列化有什么用？

序列化和反序列化主要用在保存数据结构上，保存数据很简单，各种形式都可以，例如txt，但是如果想把数据恢复成原先的数据结构就没那么简单了。

例如：下面是一个学生的结构体

struct student {
  
	QString name;
	QString class;
	long int stu_id;
	float Chinese;
	float Math;
	float English;
}

假如把三年一班的学生记录为一个结构体数组struct student Class_3_1[max_length];；
把它存为.txt文件，如果想把它恢复成struct student Class_3_1[max_length];就得自己解析文件，特别麻烦。

如果采用序列化可以把数据结构序列化为二进制数据进行存储，反序列化可以把存储的二进制数据再次恢复成之前的数据结构，很方便使用。

3.2、序列化

//文件后缀可以自定
fileName = QFileDialog::getSaveFileName(0, QObject::tr("protobuf序列化"),currentPath,QObject::tr("TestData(*.TD)"));

if (!fileName.isEmpty())
{
  
	if (!fileName.endsWith(".TD"))
	{
  
		fileName += ".TD";
	}
	
	QFile file(fileName);  
	if(file.open(QIODevice::WriteOnly))  
	{
    
		// data 是一个 Demo::Data message对象
		int nLength = data->ByteSize(); 
		char* pbuf = new char[nLength];
		data->SerializePartialToArray(pbuf,nLength); //序列化
		if(nLength == file.write(pbuf,nLength))
		{
  
			qDebug()<<"SAVE_SUCESS";
		}
		else
		{
  
			qDebug()<<"SAVE_FAIL";
		}
	}
	file.close();
}

3.3、反序列化

fileName = QFileDialog::getOpenFileName(0, QObject::tr("读取参考曲线数据 "),sCurPath,QObject::tr("ReferenceLine(*.RL)"));

Demo::Data data_1;

if (!fileName.isEmpty())
{
  	
	QFile file(fileName);  
	if(file.open(QIODevice::ReadOnly))  
	{
    
		QByteArray array_para = file.readAll();
		int nLen = array_para.length();
		// data 是一个 Demo::Data message对象
		if(!data_1->ParsePartialFromArray(array_para.data(),nLen)) //反序列化
		{
  
			qDebug()<<"LOAD_FAIL";
		}
		else
		{
  
			qDebug()<<"LOAD_SUCCESS";
			
			int X = data_1->x();
			QString STR = QString::fromUtf8(data_1->str().data());
			QVector<int> D;
			for(int i=0; i<data_1->d_size(); i++)
			{
  
				D.push_back(data_1->d(i));
			}
		}	
	}
	file.close();
}