一、Protobuf简介
Protocol Buffer是由Google开发的一种数据格式，可以用于数据的序列化和反序列化。相比于XML和JSON，它的效率更高、生成的字节码更小，对于数据传输和存储都更加高效。
Protobuf的优点有：
1、开销小：由于Protobuf使用二进制编码，它的编码后的字节数比XML和JSON小得多，节省了CPU和I/O的开销。
2、跨语言：由于Protobuf是一种语言中立的数据格式，各种语言都可以用其生成的代码进行序列化和反序列化，这大大增加了软件项目的灵活性。
3、向前向后兼容：将更新后的消息的字段附加到原始消息的末尾，这意味着数据协议的更改不会破坏旧的产品发布。
二、Python Protobuf的安装与使用
Python Protobuf是Python语言的Google Protocol Buffer实现，在使用Python Protobuf之前，需要先安装Python Protobuf库。
pip install protobuf
使用Python Protobuf实现消息序列化和反序列化的基本流程如下：
1、在.proto文件中定义消息结构。
message Person {
required string name = 1;
required int32 id = 2;
optional string email = 3;
}
2、使用protoc编译器生成Python代码文件。可以使用以下命令生成代码文件：
protoc -I=$SRC_DIR --python_out=$DST_DIR $SRC_DIR/addressbook.proto
3、在Python中使用生成的代码文件来序列化和反序列化消息。示例代码如下：
import addressbook_pb2 person = addressbook_pb2.Person() person.name = "Alice" person.id = 123 person.email = "alice@abc.com" serialized_person = person.SerializeToString() # 反序列化 person = addressbook_pb2.Person() person.ParseFromString(serialized_person)
三、Python Protobuf的高级用法
1、枚举类型
除了使用消息类型，还可以在.proto文件中定义枚举类型。
enum PhoneType {
MOBILE = 0;
HOME = 1;
WORK = 2;
}
在Python代码中可以通过以下方式使用枚举类型：
message Phone {
required string number = 1;
optional PhoneType type = 2 [default = HOME];
}
phone = addressbook_pb2.Phone()
phone.number = '12345678'
phone.type = addressbook_pb2.PhoneType.WORK
2、嵌套类型
在.proto文件中可以定义嵌套类型，例如像下面这样定义一个AddressBook类型，并在其中嵌套了Person类型：
message AddressBook {
repeated Person person = 1;
}
在Python中，使用嵌套类型的示例代码如下：
import addressbook_pb2 person1 = addressbook_pb2.Person() person1.name = "Alice" person1.id = 123 person1.email = "alice@abc.com" person2 = addressbook_pb2.Person() person2.name = "Bob" person2.id = 456 person2.email = "bob@abc.com" address_book = addressbook_pb2.AddressBook() address_book.person.extend([person1, person2]) serialized_address_book = address_book.SerializeToString() # 反序列化 address_book = addressbook_pb2.AddressBook() address_book.ParseFromString(serialized_address_book)
3、扩展
扩展用于在不修改.proto文件的情况下向消息中添加新的字段。扩展语法与字段定义非常相似，只是在字段编号前使用了扩展定义语法：
extend google.protobuf.MessageOptions {
optional string my_option = 50001;
}
message Person {
string name = 1;
int32 age = 2;
extensions 50001 to max;
}
# Python代码
person = addressbook_pb2.Person()
person.age = 26
person.Extensions[addressbook_pb2.my_option] = 'my value'
4、对pbjson进行编解码
pbjson是一种用于序列化和反序列化protobuf消息的JSON格式。在Python中使用pbjson库可以将protobuf消息转换为JSON格式。
示例代码如下：
import addressbook_pb2 import pbjson person = addressbook_pb2.Person() person.name = "Alice" person.id = 123 person.email = "alice@abc.com" serialized_person = pbjson.pb2json(person) # 反序列化 person = pbjson.json2pb(addressbook_pb2.Person(), serialized_person)
四、总结
Python Protobuf是一种高效的数据序列化和反序列化技术，跨语言的能力可以为软件项目带来灵活性。在使用Python Protobuf时，需要先定义消息结构，然后使用protoc编译器生成Python代码文件，最后在Python中使用生成的代码文件来序列化和反序列化消息。
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