Python Protobuf

• 1.了解Protobuf：
• • 1.1 Protobuf語法介紹：
• 2. Python使用Protobuf：(windows平臺上)

1.了解Protobuf：

我們在使用protobuf之前首先要了解protobuf，那么什么是protobuf呢？

官方的解釋是：

protocol buffers 是一種與語言無關、平臺無關、可擴展的序列化結構數(shù)據(jù)的方法，它可用于（數(shù)據(jù)）通信協(xié)議、數(shù)據(jù)存儲等。

Protocol Buffers 是一種靈活，高效，自動化機制的結構數(shù)據(jù)序列化方法－可類比 XML，但是比 XML 更小（3 ~ 10倍）、更快（20 ~ 100倍）、更為簡單。

你可以定義數(shù)據(jù)的結構，然后使用特殊生成的源代碼輕松的在各種數(shù)據(jù)流中使用各種語言進行編寫和讀取結構數(shù)據(jù)。你甚至可以更新數(shù)據(jù)結構，而不破壞由舊數(shù)據(jù)結構編譯的已部署程序。

簡單的來說，ProtoBuf和json、xml一樣是一種結構化的數(shù)據(jù)格式，用于數(shù)據(jù)通信的傳輸及數(shù)據(jù)的存儲。但ProtoBuf相比json和xml來說具有以下的優(yōu)點：

• 性能好，效率高：是一種二進制的數(shù)據(jù)格式，比xml小3-5倍，其速度是xml的20-100倍。
• 代碼生成機制，數(shù)據(jù)解析類自動生成：提供了根據(jù)proto文件生成對應的源文件代碼生成機制。windows(proto.exe)、linux平臺動態(tài)編譯生成
• 支持向后和向前兼容：兼容以前和以后的其他版本，更新數(shù)據(jù)結構，不影響破壞原有的舊程序。
• 支持多種編譯語言：提供了C++、python、java多種語言的支持。

缺點：

• 其內部格式是二進制，導致數(shù)據(jù)可讀性差。

1.1 Protobuf語法介紹：

在Protobuf中，.proto文件相當于確定數(shù)據(jù)協(xié)議，數(shù)據(jù)結構中存在哪些數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)類型是怎么樣的。先來看一個簡單的.proto文件的數(shù)據(jù)結構，然后再來詳細了解一下protobuf語法

syntax = "proto3";message SearchRequest {string query = 1;int32 page_number = 2;int32 result_per_page = 3; }

• 該文件的第一行指定您正在使用proto3語法：如果您不這樣做，protobuf 編譯器將假定您正在使用proto2。這必須是文件的第一個非空的非注釋行。
• 所述SearchRequest消息定義了三個字段（名稱/值對），每個字段都有一個名稱和類型，及唯一的數(shù)字標識符。

protobuf2中.proto文件中的數(shù)據(jù)結構由以下幾部分組成：

• 關鍵字message：代表實體結構，由多個消息字段（field）組成。
• 消息字段: 由數(shù)據(jù)類型、字段名、字段規(guī)則、字段唯一標識、默認值組成。
• 數(shù)據(jù)類型：
  • 復合型數(shù)據(jù)類型：枚舉、message類型
  • 標準數(shù)據(jù)類型：整型、浮點、字符串等
• 字段規(guī)則：
  • required：必須初始化字段，如果沒有賦值，在數(shù)據(jù)序列化時會拋出異常
  • optional：可選字段，可以不賦值。如果沒有賦值，會使用默認值
  • repeated：表示該字段可以重復任意次數(shù)，包括0次。重復數(shù)據(jù)的順序將會保存在protocol buffer中。
• 字段唯一標識：每個字段都有唯一的數(shù)字標識符。用于標記該字段在序列化后的二進制數(shù)據(jù)中輸在的field，每個字段的唯一數(shù)字標識符在message內部都是獨一無二的。
• 默認值：在定義消息字段時可以給出默認值

Potobuf3與Protobuf2不同的地方：

1、字段規(guī)則：

• 字段前取消了required和optional兩個關鍵字，目前只保留了repeated關鍵字。
• 修飾消息的字段修飾符必須是singular、或repeated。
  • singular：一個格式良好的消息應該有0個或者1個這種字段（但是不能超過1個）。
  • repeated：在一個格式良好的消息中，這種字段可以重復任意多次（包括0次）。重復的值的順序會被保留。

2、取消了設置默認值：

• string默認為字符串
• bytes默認為空bytes
• bool默認為false
• 數(shù)字類型默認為0
• 枚舉類型默認為第一個枚舉定義的第一個值。且第一個值必須為0。

3、支持的數(shù)據(jù)類型有：

double、float、int32、int64、uint32、uint64、sint32、sint64、fixed32、fixed64、sfixed32、sfixed64、bool、string、bytes

4、分配標識符：

正如上述文件格式，在消息定義中，每個字段都有唯一的一個數(shù)字標識符。這些標識符是用來在消息的二進制格式中識別各個字段的，一旦開始使用就不能夠再改變。

注意：[1,15]之內的標識號在編碼的時候會占用一個字節(jié)。[16,2047]之內的標識號則占用2個字節(jié)。所以應該為那些頻繁出現(xiàn)的消息元素保留 [1,15]之內的標識號。切記：要為將來有可能添加的、頻繁出現(xiàn)的標識號預留一些標識號。

最小的標識號可以從1開始，最大到2^29 - 1, or 536,870,911。不可以使用其中的[19000－19999]的標識號， Protobuf協(xié)議實現(xiàn)中對這些進行了預留。如果非要在.proto文件中使用這些預留標識號，編譯時就會報錯。

2. Python使用Protobuf：(windows平臺上)

1. 首先下載平臺對應的proto編譯器，根據(jù)平臺下載對應版本：

https://github.com/google/protobuf/releases

windows平臺可以下win64。

然后將壓縮包解壓，將壓縮包中bin目錄下的proto.exe文件放到項目目錄下，用于將來編譯.proto文件。

在該目錄下執(zhí)行：protoc.exe --version判斷是否可用

然后執(zhí)行：pip install protobuf 安裝protobuf模塊

2. 在項目目錄下創(chuàng)建test.proto文件，定義數(shù)據(jù)結構

syntax = "proto3"; // 指定protobuf語法版本 package Protobuf_test; // 包名message AddressBook {repeated Person people = 1; }message Person {string name = 1;int32 id = 2;string email = 3;float money = 4;bool work_status = 5;repeated PhoneNumber phones = 6;MyMessage maps = 7;}message PhoneNumber {string number = 1;PhoneType type = 2; }enum PhoneType {MOBILE = 0;HOME = 1;WORK = 2; }message MyMessage {map<int32, int32> mapfield = 1; }

3. 使用proto.exe編譯.proto文件，生成一個對應的.py的文件

在項目目錄下執(zhí)行：proto.exe --python_out = ./ test.proto

4. 接下來就可以編寫python程序進行序列化和反序列化了

import test_pb2address_book = test_pb2.AddressBook() person = address_book.people.add()person.id = 1 person.name = 'lichungang' person.email = 'xxxxx@163.com' person.money = 1 person.work_status = Truephone_number = person.phones.add() phone_number.number = "123456" phone_number.type = test_pb2.MOBILEmaps = person.maps # maps類型是singular，不是repeated類型無法使用add() maps.mapfield[1] = 1 maps.mapfield[2] = 2# 序列化 serialize_to_string = address_book.SerializeToString() print(serialize_to_string, type(serialize_to_string))# 反序列化 address_book.ParseFromString(serialize_to_string)for person in address_book.people:print("p_id：{},p_name：{},p_email：{},p_money：{},p_workstatu：{}".format(person.id, person.name, person.email, person.money, person.work_status))for phone_number in person.phones:print(phone_number.number, phone_number.type)for key in person.maps.mapfield:print(key, person.maps.mapfield[key])

結果：

b'\n<\n\nlichungang\x10\x01\x1a\rxxxxx@163.com%\x00\x00\x80?(\x012\x08\n\x06123456:\x0c\n\x04\x08\x01\x10\x01\n\x04\x08\x02\x10\x02' <class 'bytes'> p_id：1,p_name：lichungang,p_email：xxxxx@163.com,p_money：1.0,p_workstatu：True 123456 0 1 1 2 2

參考：
https://www.cnblogs.com/sanshengshui/p/9739521.html

https://blog.csdn.net/caisini_vc/article/details/5599468

總結

以上是生活随笔為你收集整理的Python对Protobuf进行序列化与反序列化的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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