Protobuf：一种更小、更快、更高效的协议

前言

本篇文章我们来分享一种更轻量的数据格式——protobuf。

protobuf的优点：

  • 更小、更快、更简单。
  • 支持多种编程语言 。
  • 解析速度快。
  • 可扩展性强。

什么是protobuf、protobuf-c？

Protocol Buffers，是Google公司开发的一种数据格式，类似于XML能够将结构化数据序列化，可用于数据存储、通信协议等方面。它不依赖于语言和平台并且可扩展性极强。

protobuf仓库：

❝

github：https://github.com/protocolbuffers/protobuf

❞

下载速度比较慢，可以先导入到码云，再下载。

protobuf支持多种编程语言：

可以看到，protobuf支持一些主流的语言，唯独没有支持C。所以诞生了第三方的protobuf-c。

protobuf-c仓库：

❝

https://github.com/protobuf-c/protobuf-c

❞

安装protobuf、protobuf-c

我们要使用基于C语言的protobuf，首先需要安装protobuf与protobuf-c。

下面是在Ubuntu下安装的方法：

1、安装protobuf

安装protobuf需要依赖一些工具，需要先安装依赖：

sudo apt-get install autoconf automake libtool curl make g++ unzip

安装完依赖后一依次输入如下命令下载、编译、安装（下载速度慢的话可以先导入码云再下载）protobuf：

git clone https://github.com/protocolbuffers/protobuf.git
cd protobuf
./autogen.sh
./configure
make
sudo make install
sudo ldconfig

其中，执行./autogen.sh命令为了生成configure配置脚本，执行configure可生成Makefile文件，执行make进行编译，执行sudo make install命令进行安装，执行sudo ldconfig命令让动态链接库为系统所共享。

2、安装protobuf-c

同样的，protobuf-c也要依赖于 pkg-config ，输入以下命令进行安装：

sudo apt-get install pkg-config

然后输入如下命令下载、编译、安装protobuf-c：

git clone https://github.com/protobuf-c/protobuf-c.git
cd protobuf-c
./autogen.sh
./configure
make
sudo make install

按以上方式安装的话，protobuf与protobuf-c默认安装在/usr/local路径下：

❝

温馨提示：安装过程可能会出现各种各样的错误，遇到错误的时候仔细看错误描述及看本篇文章安装步骤，看是否遗漏了哪一步。

❞

实践demo

protobuf的核心是一个.proto文件，我们自定义一个.proto来创建我们的协议数据，然后使用protoc-c工具编译生成C代码，有两个文件：一个头文件、一个源文件。

例如我们创建一个student.proto文件：

syntax = "proto2";
 
message Student
{
    required string name    = 1;
    required uint32 num     = 2;
    required uint32 c_score = 3;
}

其中syntax为语法版本，有proto2、proto3两个版本，我们使用proto2。同C语言类似，.proto也规定了一些数据格式，如proto2的数据类型有：double 、 float、 int32 、 uint32 、 string 等。

本例中，message为关键字，修饰的Student会对应生成我们C中的Student结构体。其中required为前缀修饰，表明该字段是必填字段。还有其它两个修饰关键字：

  • optional：声明该字段是可选字段。

  • repeated：声明该字段是可重复字段，通常用数组表示，也可以是list。

使用protoc-c工具工具编译student.proto文件的命令：

protoc --c_out=. student.proto

此时编译会生成student.pb-c.c、student.pb-c.h两个文件。我们看看student.pb-c.h里面有什么：

可以看到，student.pb-c.h里生成了一个协议数据结构体与操作该结构体的一些接口，包括组包与解包接口，对应的student.pb-c.c里就是这些接口对应的实现。

编写我们的student.c测试demo：

左右滑动查看全部代码>>>

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include "student.pb-c.h"

int main(void)
{
    Student pack_stu = {0};
    uint8_t buffer[512] = {0};
    Student *unpack_stu = NULL;
    size_t len = 0;

student__init(&pack_stu);

/* 组包 */
    pack_stu.name = "ZhengN";
    pack_stu.num = 88;
    pack_stu.c_score = 90;
    len = student__pack(&pack_stu, buffer);
    printf("len = %ld\n",len);

/* 解包 */
    unpack_stu = student__unpack(NULL, len, buffer);
    printf("unpack_stu.name = %s\n", unpack_stu->name);
    printf("unpack_stu.num = %d\n", unpack_stu->num);
    printf("unpack_stu.c_score = %d\n", unpack_stu->c_score);

student__free_unpacked(unpack_stu, NULL);
    return 0;
}

demo很简单，组包就是构造一个协议数据结构体，调用pack组包接口往buffer中扔数据；解包正好是反过来，从buffer中拿数据放到结构体里。

编译命令：

gcc student.c student.pb-c.c -o student -lprotobuf-c

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