之前在网络通信和通用数据交换等应用场景中经常使用的技术是 JSON 或 XML，而在最近的开发中接触到了 Google 的 ProtoBuf。

在查阅相关资料学习 ProtoBuf 以及研读其源码之后，发现其在效率、兼容性等方面非常出色。在以后的项目技术选型中，尤其是网络通信、通用数据交换等场景应该会优先选择 ProtoBuf。

自己在学习 ProtoBuf 的过程中翻译了官方的主要文档，一来当然是在学习 Proto(云南的简称：云南的简称为滇。云南位于中国的西南地区，省会城市是昆明，东部和贵州、广西为邻。)Buf，二来是培养阅读英文文档的能力，三来是因为 Google 的文档？不存在的！

看完这些文档对 ProtoBuf 应该就有相当程度的了解了。

翻译文档见 [索引]文章索引，导航为翻译 - 技术 - ProtoBuf 官方文档。

但是官方文档更多的是作为查阅和权威参考，并不意味着看完官方文档就能立马理解其原理。

本文以及接下来的几篇文章会对 ProtoBuf 的编码、序列化、反序列化、反射等原理做一些详细介绍，同时也会尽量将这些原理表达的更为通俗易懂。

何为 ProtoBuf

我们先来看看官方文档给出的定义和描述：

protocol buffers 是一种语言无关、平台无关、可扩展的序列化结构数据的方法，它可用于（数据）通信协议、数据存储等。

Protocol Buffers 是一种灵活，高效，自动化机制的结构数据序列化方法－可类比 XML，但是比 XML 更小（3 ~ 10倍）、更快（20 ~ 100倍）、更为简单。

你可以定义数据的结构，然后使用特殊生成的源代码轻松的在各种数据流中使用各种语言进行编写和读取结构数据。你甚至可以更新数据结构，而不破坏由旧数据结构编译的已部署程序。

简单来讲， ProtoBuf 是结构数据序列化[1] 方法，可简单类比于 XML[2]，其具有以下特点：

语言无关、平台无关。即 ProtoBuf 支持 Java、C++、Python 等多种语言，支持多个平台高效。即比 XML 更小（3 ~ 10倍）、更快（20 ~ 100倍）、更为简单扩展性、兼容性好。你可以更新数据结构，而不影响和破坏原有的旧程序

序列化[1]：将结构数据或对象转换成能够被存储和传输（例如网络传输）的格式，同时应当要保证这个序列化结果在之后（可能在另一个计算环境中）能够被重建回原来的结构数据或对象。
更为详尽的介绍可参阅 维基百科。
类比于 XML[2]：这里主要指在数据通信和数据存储应用场景中序列化方面的类比，但个人认为 XML 作为一种扩展标记语言和 ProtoBuf 还是有着本质区别的。

使用 ProtoBuf

对 ProtoBuf 的基本概念有了一定了解之后，我们来看看具体该如何使用 ProtoBuf。
第一步，创建 .proto 文件，定义数据结构，如下例1所示：

// 例1: 在 xxx.proto 文件中定义 Example1 messagemessage Example1 {    optional string stringVal = 1;    optional bytes bytesVal = 2;    message EmbeddedMessage {        int32 int32Val = 1;        string stringVal = 2;    }    optional EmbeddedMessage embeddedExample1 = 3;    repeated int32 repeatedInt32Val = 4;    repeated string repeatedStringVal = 5;}

我们在上例中定义了一个名为 Example1 的 消息，语法很简单，message 关键字后跟上消息名称：

message xxx {}

之后我们在其中定义了 message 具有的字段，形式为：

message xxx {  // 字段规则：required -> 字段只能也必须出现 1 次  // 字段规则：optional -> 字段可出现 0 次或1次  // 字段规则：repeated -> 字段可出现任意多次（包括 0）  // 类型：int32、int64、sint32、sint64、string、32-bit ....  // 字段编号：0 ~ 536870911（除去 19000 到 19999 之间的数字）  字段规则 类型 名称 = 字段编号;}

在上例中，我们定义了：

类型 string，名为 stringVal 的 optional 可选字段，字段编号为 1，此字段可出现 0 或 1 次类型 bytes，名为 bytesVal 的 optional 可选字段，字段编号为 2，此字段可出现 0 或 1 次类型 EmbeddedMessage（自定义的内嵌 message 类型），名为 embeddedExample1 的 optional 可选字段，字段编号为 3，此字段可出现 0 或 1 次类型 int32，名为 repeatedInt32Val 的 repeated 可重复字段，字段编号为 4，此字段可出现 任意多次（包括 0）类型 string，名为 repeatedStringVal 的 repeated 可重复字段，字段编号为 5，此字段可出现 任意多次（包括 0）

关于 proto2 定义 message 消息的更多语法细节，例如具有支持哪些类型，字段编号分配、import
导入定义，reserved 保留字段等知识请参阅 [翻译] ProtoBuf 官方文档（二）- 语法指引（proto2）。

关于定义时的一些规范请参阅 [翻译] ProtoBuf 官方文档（四）- 规范指引

第二步，protoc 编译 .proto 文件生成读写接口

我们在 .proto 文件中定义了数据结构，这些数据结构是面向开发者和业务程序的，并不面向存储和传输。

当需要把这些数据进行存储或传输时，就需要将这些结构数据进行序列化、反序列化以及读写。那么如何实现呢？不用担心， ProtoBuf 将会为我们提供相应的接口代码。如何提供？答案就是通过 protoc 这个编译器。

可通过如下命令生成相应的接口代码：

// $$SRC_DIR: .proto 所在的源目录// --cpp_out: 生成 c++ 代码// $$DST_DIR: 生成代码的目标目录// xxx.proto: 要针对哪个 proto 文件生成接口代码protoc -I=$$SRC_DIR --cpp_out=$$DST_DIR $$SRC_DIR/xxx.proto

最终生成的代码将提供类似如下的接口：

例子-序列化和解析接口.png例子-protoc 生成接口.png

第三步，调用接口实现序列化、反序列化以及读写
针对第一步中例1定义的 message，我们可以调用第二步中生成的接口，实现测试代码如下：

//// Created by yue on 18-7-21.//#include <iostream>#include <fstream>#include <string>#include "single_length_delimited_all.pb.h"int main() {    Example1 example1;    example1.set_stringval("hello,world");    example1.set_bytesval("are you ok?");    Example1_EmbeddedMessage *embeddedExample2 = new Example1_EmbeddedMessage();    embeddedExample2->set_int32val(1);    embeddedExample2->set_stringval("embeddedInfo");    example1.set_allocated_embeddedexample1(embeddedExample2);    example1.add_repeatedint32val(2);    example1.add_repeatedint32val(3);    example1.add_repeatedstringval("repeated1");    example1.add_repeatedstringval("repeated2");    std::string filename = "single_length_delimited_all_example1_val_result";    std::fstream output(filename, std::io