概述：
Protocol Buffers（protobuf）是一种由 Google 提出的语言无关、平台无关的结构化数据描述与序列化机制，通过.proto文件以 IDL 形式定义数据结构，再由编译器自动生成各语言的读写代码；在实际使用中，开发者只需像操作普通对象一样设置字段，protobuf 会将其高效序列化为紧凑的二进制数据用于文件存储或网络传输，相比 JSON/XML 具有体积更小、解析更快、类型约束更严格等优势，常用于高性能服务间通信（如 gRPC）、配置下发和日志/状态同步等场景，是分布式系统和后端工程中的基础通信组件。
例子：
接下来使用一个简单的例子熟悉一下整体的流程和使用：（前提是安装了相关的库，主要是protoc和cmake）
例子就是一个简单的读端和写端交互
首先创建一个工程目录：
proto_demo
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proto src
proto：主要是放.proto文件
src：放应用层的程序
（1）在proto目录下创建一个monitor.proto
syntax = "proto3"; //命名空间 package my_monitor; // CPU 采样数据 message CpuSample { uint64 timestamp_ms = 1; // 时间戳(ms) float load_1m = 2; // 1分钟负载 float load_5m = 3; float load_15m = 4; repeated float core_usage = 5; // 每核利用率（数组） } // 一次上报数据 message MonitorReport { string host = 1; // 主机名 CpuSample cpu = 2; // 嵌套 message（组合） map<string, string> tags = 3; // 字典：扩展字段 enum Level { // 枚举：固定取值集合 LEVEL_UNSPECIFIED = 0; // enum 第一个必须是 0（默认值） INFO = 1; WARN = 2; ERROR = 3; } Level level = 4; // 枚举字段 }数据类型基本和c++的数据类型一样，但是每一个massage里面的字段后面跟着的1,2,3...不是值，是序号，将这个文件进行编译可生成.h .c文件
在proto目录下创建创建cmake文件：
# proto/CMakeLists.txt find_package(Protobuf REQUIRED) set(PROTO_FILES ${CMAKE_CURRENT_SOURCE_DIR}/monitor.proto ) # 生成 .pb.cc / .pb.h 到 build/proto 目录 protobuf_generate_cpp(PROTO_SRCS PROTO_HDRS ${PROTO_FILES}) add_library(monitor_proto STATIC ${PROTO_SRCS} ${PROTO_HDRS} ) target_include_directories(monitor_proto PUBLIC ${CMAKE_CURRENT_BINARY_DIR} ${Protobuf_INCLUDE_DIRS} ) target_link_libraries(monitor_proto PUBLIC ${Protobuf_LIBRARIES} )(2)在src目录下创建read和write程序，write是将数据进行序列化，read相反对序列化的数据进行反序列化并打印（这两个程序是在本地执行的，所以通过文件流传输就可以，如果通过网络传输就要使用字符流并进行打包进行传输）
write:
#include <fstream> #include <iostream> #include "monitor.pb.h" int main() { // 1) 创建消息对象（相当于一个“结构体实例”） my_monitor::MonitorReport report; // 2) 设置普通字段：string/enum report.set_host("server-01"); report.set_level(my_monitor::MonitorReport::WARN); // 3) 设置嵌套 message：mutable_xxx() 返回可修改指针 auto* cpu = report.mutable_cpu(); cpu->set_timestamp_ms(1730000000000ULL); cpu->set_load_1m(0.42f); cpu->set_load_5m(0.35f); cpu->set_load_15m(0.20f); // 4) repeated 字段：add_xxx() 追加元素 cpu->add_core_usage(0.12f); cpu->add_core_usage(0.55f); // 5) map 字段：mutable_tags() 拿到 map，然后像字典一样写 (*report.mutable_tags())["region"] = "ap-shanghai"; (*report.mutable_tags())["container_id"] = "c123"; // 6) 序列化到二进制文件 std::ofstream ofs("report.bin", std::ios::binary); if (!report.SerializeToOstream(&ofs)) { std::cerr << "Serialize failed\n"; return 1; } std::cout << "Wrote report.bin\n"; return 0; }read:
#include <fstream> #include <iostream> #include "monitor.pb.h" int main() { my_monitor::MonitorReport report; // 1) 从文件反序列化 std::ifstream ifs("report.bin", std::ios::binary); if (!report.ParseFromIstream(&ifs)) { std::cerr << "Parse failed\n"; return 1; } // 2) 读取普通字段 std::cout << "host=" << report.host() << "\n"; std::cout << "level=" << report.level() << "\n"; // enum 是整数（WARN=2） // 3) 读取嵌套 message if (report.has_cpu()) { // 对 message 字段可以判断是否出现过 const auto& cpu = report.cpu(); std::cout << "load1=" << cpu.load_1m() << "\n"; std::cout << "cores=" << cpu.core_usage_size() << "\n"; for (int i = 0; i < cpu.core_usage_size(); ++i) { std::cout << "core[" << i << "]=" << cpu.core_usage(i) << "\n"; } } // 4) 读取 map if (report.tags().contains("container_id")) { std::cout << "container_id=" << report.tags().at("container_id") << "\n"; } return 0; }对于里面字段的一些操作都是在编译的时候自动生成的在.h .c文件中，命名规则都是差不多的
🧭 Protobuf C++ API 速查表（proto3）
一、普通字段（string / 数字 / bool / enum）
//proto string host = 1; int32 age = 2; bool ok = 3; enum Level { LEVEL_UNSPECIFIED = 0; INFO = 1; } Level level = 4;//C++ 用法 // 写 msg.set_host("server-01"); msg.set_age(18); msg.set_ok(true); msg.set_level(MyMsg::INFO); // 读 msg.host(); msg.age(); msg.ok(); msg.level();二、message 字段（嵌套结构体）
// 改（关键） auto* cpu = msg.mutable_cpu(); cpu->set_load_1m(0.5); // 读 msg.cpu().load_1m(); // 判断是否出现过 msg.has_cpu();三、repeated 字段（数组 / 列表）
// 写 msg.add_core_usage(0.12); msg.add_core_usage(0.55); // 读 int n = msg.core_usage_size(); for (int i = 0; i < n; ++i) { float v = msg.core_usage(i); }四、map 字段（键值对）
// 写 (*msg.mutable_tags())["region"] = "ap-shanghai"; // 读 if (msg.tags().contains("region")) { std::string v = msg.tags().at("region"); }五、has_xxx() 到底什么时候能用？
字段类型 | has_xxx() |
|---|---|
普通字段（string/int） | ❌（proto3 默认无） |
message 字段 | ✅ |
repeated | ❌ |
map | ❌ |
optional 字段 | ✅ |
msg.has_name(); // 可以判断是否真的设置过六、序列化 / 反序列化（必须会）
//序列化 msg.SerializeToString(&out); msg.SerializeToOstream(&ofs); //反序列化 msg.ParseFromString(in); msg.ParseFromIstream(&ifs);回到项目：
在src中创建一个cmake对这两个读写程序进行编译
# src/CMakeLists.txt # write 程序 add_executable(write_demo write.cpp ) target_link_libraries(write_demo PRIVATE monitor_proto ) # read 程序 add_executable(read_demo read.cpp ) target_link_libraries(read_demo PRIVATE monitor_proto )（3）最后构建整个项目的cmake文件，进行整体的构建
#proto_demo/CMakeLists.txt cmake_minimum_required(VERSION 3.10) project(proto_demo CXX) set(CMAKE_CXX_STANDARD 14) set(CMAKE_CXX_STANDARD_REQUIRED ON) # 先构建 proto 模块 add_subdirectory(proto) # 再构建应用 add_subdirectory(src)进行构建：
在proto_demo目录下创建一个目录build，并进入进行操作：
cd /proto_demo
mkdir -p build
cd build
cmake ..
make -j8
最后在在build目录会有个src里面有可执行程序
依次执行，可看到现象：
./write_demo
./read_demo
最后讲一下如何安装protobuf
这里使用的是离线安装包的方法
去git上下载这个安装包
执行这个脚本：
#!/usr/bin/env bash set -e cd "$(dirname "${BASH_SOURCE[0]}")" THREAD_NUM=$(nproc) # https://github.com/protocolbuffers/protobuf/releases/download/v3.14.0/protobuf-cpp-3.14.0.tar.gz # Install proto. VERSION="3.14.0" PKG_NAME="protobuf-${VERSION}.tar.gz" tar xzf "${PKG_NAME}" pushd protobuf-${VERSION} mkdir cmake/build && cd cmake/build cmake .. \ -DBUILD_SHARED_LIBS=ON \ -Dprotobuf_BUILD_TESTS=OFF \ -DCMAKE_INSTALL_PREFIX:PATH="/usr/local" \ -DCMAKE_BUILD_TYPE=Release make -j$(nproc) make install ldconfig popd rm -rf PKG_NAME protobuf-${VERSION}
