protobuf之string bytes的区别

转自：http://izualzhy.cn/c/cpp/2017/03/20/protobuf-difference-between-string-and-bytes

protobuf提供了多种基础数据格式，包括string/bytes。从字面意义上，我们了解bytes适用于任意的二进制字节序列。然而对C++程序员来讲，std::string既能存储ASCII文本字符串，也能存储任意多个\0的二进制序列。那么区别在哪里呢？

同时在实际使用中，我们偶尔会看到类似这样的运行错误：

[libprotobuf ERROR google/protobuf/wire_format.cc:1091] String field 'str' contains invalid UTF-8 data when serializing a protocol buffer. Use the 'bytes' type if you intend to send raw bytes. [libprotobuf ERROR google/protobuf/wire_format.cc:1091] String field 'str' contains invalid UTF-8 data when parsing a protocol buffer. Use the 'bytes' type if you intend to send raw bytes. 

这篇文章从源码角度分析下string/bytes类型的区别。

在之前的文章里介绍过protobuf序列化的过程，我们看下string/bytes序列化的过程。 在之前的文章里介绍过protobuf序列化的过程，我们看下string/bytes序列化的过程。

所有的序列化操作都会在SerializeFieldWithCachedSizes这个函数里进行。根据不同的类型调用对应的序列化函数，例如对于string类型

      case FieldDescriptor::TYPE_STRING: {        string scratch;        const string& value = field->is_repeated() ?          message_reflection->GetRepeatedStringReference(            message, field, j, &scratch) :          message_reflection->GetStringReference(message, field, &scratch);        VerifyUTF8StringNamedField(value.data(), value.length(), SERIALIZE,                                   field->name().c_str());        WireFormatLite::WriteString(field->number(), value, output);        break;      }

而对于bytes类型：

      case FieldDescriptor::TYPE_BYTES: {        string scratch;        const string& value = field->is_repeated() ?          message_reflection->GetRepeatedStringReference(            message, field, j, &scratch) :          message_reflection->GetStringReference(message, field, &scratch);        WireFormatLite::WriteBytes(field->number(), value, output);        break;      }

可以看到在序列化时主要有两点区别：

1. string类型调用了VerifyUTF8StringNamedField函数
2. 序列化函数不同：WriteString vs WriteBytes

关于第二点，两个函数都定义在wire_format_lite.cc，实现是相同的。

那么我们继续看下第一点，VerifyUTF8StringNamedField调用了VerifyUTF8StringFallback（话说一直不理解fallback在这里什么意思，protobuf源码里经常看到这个后缀）。看下这个函数的实现：

void WireFormat::VerifyUTF8StringFallback(const char* data,                                          int size,                                          Operation op,                                          const char* field_name) {  if (!IsStructurallyValidUTF8(data, size)) {    const char* operation_str = NULL;    switch (op) {      case PARSE:        operation_str = "parsing";        break;      case SERIALIZE:         operation_str = "serializing";        break;      // no default case: have the compiler warn if a case is not covered.    }    string quoted_field_name = "";    if (field_name != NULL) {      quoted_field_name = StringPrintf(" '%s'", field_name);    }    // no space below to avoid double space when the field name is missing.    GOOGLE_LOG(ERROR) << "String field" << quoted_field_name << " contains invalid "               << "UTF-8 data when " << operation_str << " a protocol "               << "buffer. Use the 'bytes' type if you intend to send raw "               << "bytes. ";  }}

运行错误是从这里输出的，关键还是在于IsStructurallyValidUTF8这个函数，实现在structurally_valid.cc里：

bool IsStructurallyValidUTF8(const char* buf, int len) {  if (!module_initialized_) return true;    int bytes_consumed = 0;  UTF8GenericScanFastAscii(&utf8acceptnonsurrogates_obj,                           buf, len, &bytes_consumed);  return (bytes_consumed == len);}

这里逐个字符扫描是否符合utf-8规范，比如110xxxxx 10xxxxxx这样，具体可以参考utf-8的编码标准。

反序列化过程类似。

看到这里我们可以得到这样的结论：

1. protobuf里的string/bytes在C++接口里实现上都是std::string。
2. 两者序列化、反序列化格式上一致，不过对于string格式，会有一个utf-8格式的检查。

出于效率，我们应当在确定字段编码格式后直接使用bytes，减少utf8编码的判断，效率上会有提高。

注意以上代码在pb2.6下，2.4不会输出field_name。

据了解java接口上有一定的区别，分别对应String以及ByteString。