Proto文件相关知识

百度Apollo的数据结构常用proto文件来定义， proto文件允许你以类似于C++结构体或类的方式定义数据结构。你可以在这个文件中定义简单数据类型、枚举、消息类型等。

基于proto文件，Protocol Buffers编译器（protoc）可以自动生成对应的C++类。这些类提供了序列化和反序列化的方法，以及各种数据操作的方法。
本文是对proto用法的一些积累：

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Protocol Buffers 的基本用法

1. 定义数据结构（.proto 文件）：

   你需要首先编写一个 .proto 文件，用于定义你的数据结构。例如，定义一个简单的 Graph 和 Node：

   syntax = "proto3";message Node {string lane_id = 1;string road_id = 2;// 其他字段...
   }message Graph {repeated Node node = 1;// 其他字段...
   }
   

   • syntax = "proto3"; 指定使用 Protocol Buffers 的第三个版本语法。
   • message 用于定义数据结构。
   • 每个字段都有一个唯一的编号（如 1, 2），用于在序列化时标识字段。

2. 生成代码：

   使用 protoc 编译器，根据 .proto 文件生成目标编程语言的代码。例如，生成 C++ 代码：

   protoc --cpp_out=. graph.proto
   

   这会生成相应的 .pb.h 和 .pb.cc 文件，你可以在项目中包含并使用这些生成的类。

例如Apollo中的node_creator.h中，便引用了以下头文件：

#pragma once
#include <string>
#include "modules/map/proto/map_lane.pb.h"
#include "modules/routing/proto/routing_config.pb.h"
#include "modules/routing/proto/topo_graph.pb.h"
namespace apollo {
namespace routing {
namespace node_creator {
void GetPbNode(const hdmap::Lane& lane, const std::string& road_id,const RoutingConfig& routingconfig, Node* const node);
}  // namespace node_creator
}  // namespace routing
}  // namespace apollo

3. 使用生成的类：

   在代码中，你可以像使用普通类一样使用生成的 Protobuf 类。例如，使用 C++：

   #include "graph.pb.h"
   void Example() {Graph graph;Node* node = graph.add_node();node->set_lane_id("lane_123");node->set_road_id("road_456");// 设置其他字段...// 序列化为二进制std::string binary_data;graph.SerializeToString(&binary_data);// 反序列化Graph new_graph;new_graph.ParseFromString(binary_data);
   }
   

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1proto文件中的关键字

在 Protocol Buffers（Protobuf）中，repeated 是一个关键字，用于定义一个可以包含零个或多个指定类型元素的字段。具体到您提到的 repeated Node node，它的含义如下：

repeated Node node 的含义

• repeated：这是 Protobuf 中的一个修饰符，表示该字段可以出现多次，类似于数组、列表或集合。
• Node：这是一个自定义的消息类型（即另一个 message 定义），表示每个元素的类型。
• node：这是字段的名称，用于在代码中访问该字段。

示例 .proto 文件

以下是一个完整的 .proto 文件示例，展示了如何使用 repeated 关键字：

syntax = "proto3";message Node {string lane_id = 1;string road_id = 2;// 其他字段...
}message Graph {repeated Node node = 1; // 这是您提到的行// 其他字段...
}

repeated 字段的作用

使用 repeated 声明的字段允许在一个消息中包含多个相同类型的元素。在上述示例中，Graph 消息可以包含多个 Node 元素。这样设计的好处包括：

1. 灵活性：可以根据需要添加任意数量的 Node 元素，而不需要预先定义具体的数量。
2. 动态扩展：在序列化和反序列化过程中，Protobuf 会自动处理这些重复的元素，使得数据交换更加高效和简洁。

生成代码中的 repeated 字段

当使用 protoc 编译器根据 .proto 文件生成代码时，repeated 字段会生成一组专门的方法，用于操作这些重复的元素。以下以 C++ 为例，说明 repeated Node node 会生成哪些方法：

class Graph : public ::google::protobuf::Message {
public:// 获取 node 的数量int node_size() const;// 获取指定索引的 Nodeconst Node& node(int index) const;Node* mutable_node(int index);// 添加一个新的 NodeNode* add_node();// 获取所有 Node 的只读引用const ::google::protobuf::RepeatedPtrField<Node>& node() const;// 获取所有 Node 的可变引用::google::protobuf::RepeatedPtrField<Node>* mutable_node();// 清除所有 Nodevoid clear_node();// 其他 Protobuf 生成的方法...
};

各方法的作用

1. int node_size() const;

   • 返回 node 字段中 Node 元素的数量。

2. const Node& node(int index) const;

   • 返回指定索引处的 Node 元素的只读引用。

3. Node* mutable_node(int index);

   • 返回指定索引处的 Node 元素的可变引用，允许修改该元素。

4. Node* add_node();

   • 在 node 字段末尾添加一个新的 Node 元素，并返回该新元素的可变引用。

5. const ::google::protobuf::RepeatedPtrField<Node>& node() const;

   • 返回 node 字段中所有 Node 元素的只读引用，通常用于遍历。

6. ::google::protobuf::RepeatedPtrField<Node>* mutable_node();

   • 返回 node 字段中所有 Node 元素的可变引用，允许批量修改。

7. void clear_node();

   • 清除 node 字段中所有的 Node 元素。

使用示例

以下是一个使用生成的 Graph 类操作 repeated Node node 字段的示例：

#include "graph.pb.h" // 生成的 Protobuf 头文件void Example() {Graph graph;// 添加一个新的 NodeNode* node1 = graph.add_node();node1->set_lane_id("lane_123");node1->set_road_id("road_456");// 添加另一个 NodeNode* node2 = graph.add_node();node2->set_lane_id("lane_789");node2->set_road_id("road_012");// 获取 Node 的数量int count = graph.node_size();std::cout << "Number of nodes: " << count << std::endl;// 遍历所有 Nodefor (int i = 0; i < graph.node_size(); ++i) {const Node& node = graph.node(i);std::cout << "Node " << i << ": lane_id = " << node.lane_id()<< ", road_id = " << node.road_id() << std::endl;}// 清除所有 Nodegraph.clear_node();
}

总结

• repeated 关键字：用于定义可以包含多个相同类型元素的字段，类似于数组或列表。
• 自动生成的方法：Protobuf 根据 repeated 字段生成一系列方便操作的方法，如 add_node(), node_size(), node(int index) 等。
• 灵活性和效率：repeated 字段提供了高度的灵活性，允许动态添加和管理多个元素，同时保持高效的序列化和反序列化性能。

如果您有更多关于 Protobuf 或 repeated 字段的具体问题，请随时提问！