描述符和编译管道

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此页面提供了 Protocol Buffers 描述符系统和编译管道的全面概述。描述符系统是 Protocol Buffers 的基础，支持模式定义、自省和代码生成。编译管道将 .proto 文件转换为特定语言的代码，以高效地序列化和反序列化数据。

概述

Protocol Buffers 编译管道遵循以下主要阶段：

1. 解析阶段：将 .proto 文本文件转换为内存中的 FileDescriptorProto 对象。
2. 描述符构建阶段：从解析后的 proto 构建一个包含所有交叉引用的完整类型系统。
3. 代码生成阶段：使用类型系统生成特定语言的代码。

来源：src/google/protobuf/descriptor.cc src/google/protobuf/compiler/parser.cc src/google/protobuf/compiler/command_line_interface.cc

描述符系统

描述符系统是一系列类，用于表示 Protocol Buffer 模式的各种元素。它是 .proto 文件内容的内存表示，并为代码生成和运行时自省提供了基础。

描述符层级结构

来源：src/google/protobuf/descriptor.h377-926 src/google/protobuf/descriptor.cc94-1002

关键描述符类

• FileDescriptor：代表整个 .proto 文件及其所有内容。
• Descriptor：代表 .proto 文件中定义的消息类型。
• FieldDescriptor：代表消息中的字段。
• EnumDescriptor：代表枚举类型。
• ServiceDescriptor：代表 .proto 文件中定义的 خدمة。

每种描述符类型都提供了访问属性和导航与其他描述符关系的方法。

来源：src/google/protobuf/descriptor.h70-126 src/google/protobuf/descriptor.h377-2678

编译管道

解析阶段

解析阶段将 .proto 文件转换为 FileDescriptorProto 对象，这是文件内容的直接内存表示。

解析器是一个递归下降解析器，它处理来自分词器的标记，并构建文件的结构化表示。

来源：src/google/protobuf/compiler/parser.cc63-7486 src/google/protobuf/compiler/parser.h55-323

描述符构建阶段

描述符构建阶段接收 FileDescriptorProto 对象，并构建一个完整的类型系统，其中所有交叉引用都已解析。

DescriptorPool 维护一个符号表，该表将完全限定名称映射到相应的描述符。这允许解析模式不同部分之间的交叉引用。

来源：src/google/protobuf/descriptor.cc662-1002 src/google/protobuf/descriptor.cc3124-3379

代码生成阶段

代码生成阶段接收已完全构建的描述符并生成特定语言的代码。

每种语言都有自己的生成器集，可以生成针对该语言进行优化的代码。插件系统允许使用自定义代码生成器扩展 Protocol Buffers。

来源：src/google/protobuf/compiler/command_line_interface.cc299-1184 src/google/protobuf/compiler/cpp/file.cc96-521

符号解析

描述符构建过程的一个最重要部分是符号解析，它将模式不同部分之间的引用链接起来。

Symbol 类代表指向任何类型描述符的指针。符号表将完全限定名称（如“package.MessageType”）映射到相应的 Symbol。

来源：src/google/protobuf/descriptor.cc662-1002 src/google/protobuf/descriptor.cc3124-3379

DescriptorPool 详解

DescriptorPool 是所有描述符的中央管理器。它负责从 proto 构建描述符、维护符号表以及提供查找方法。

DescriptorPool 可以与 DescriptorDatabase 一起按需惰性加载描述符，这对于需要处理大量 .proto 文件的应用程序很有用。

来源：src/google/protobuf/descriptor.h1951-2437 src/google/protobuf/descriptor.cc3124-3379

命令行界面与 Protoc

protoc 编译器由 CommandLineInterface 类驱动，该类负责协调整个编译过程。

CommandLineInterface 解析命令行参数、设置环境、管理 proto 文件解析，并为每种目标语言运行代码生成器。

来源：src/google/protobuf/compiler/command_line_interface.cc299-1184 src/google/protobuf/compiler/command_line_interface.h47-407

插件系统

Protocol Buffers 支持插件系统，允许通过自定义代码生成器扩展编译器。

插件通过 CodeGeneratorRequest 和 CodeGeneratorResponse 消息类型定义的标准协议与 protoc 进行通信。

来源：src/google/protobuf/compiler/plugin.pb.h77-234 src/google/protobuf/compiler/command_line_interface.cc1299-1385

运行时自省系统

描述符不仅在编译时使用，还通过自省系统在运行时使用。

在运行时，每个生成的消息类都有静态描述符实例，提供类型信息。这使得诸如基于自省的序列化和反序列化之类的动态操作成为可能。

来源：src/google/protobuf/descriptor.h377-926 src/google/protobuf/dynamic_message.h45-158

选项处理

Protocol Buffers 支持选项，这些选项可以自定义代码生成方式和消息在运行时行为。

选项存储在描述符对象中，代码生成器可以访问它们。这允许根据用户指定的选项来自定义代码生成。

来源：src/google/protobuf/descriptor.proto125-707 src/google/protobuf/compiler/cpp/helpers.cc72-286

结论

描述符和编译管道是 Protocol Buffers 的骨干。它将 .proto 文件中的模式定义转换为用于序列化和反序列化结构化数据的有效代码。该系统使用一组精心设计的类来表示 Protocol Buffer 模式的结构，并使用复杂的编译过程为各种编程语言生成优化代码。

描述符系统的灵活性使得运行时反射、扩展机制以及用于自定义代码生成的插件架构等强大功能得以实现。对于任何使用或处理 Protocol Buffers 的人来说，理解这个管道至关重要，尤其是在开发自定义解决方案或调试问题时。