Go 生成代码指南（开放式）

本文档重点介绍了 proto2 和 proto3 生成代码之间的任何差异 - 请注意，这些差异是在本文档中描述的生成代码中，而不是在基本 API 中，基本 API 在两个版本中是相同的。在阅读本文档之前，您应该阅读 proto2 语言指南 和/或 proto3 语言指南。

编译器调用

协议缓冲区编译器需要一个插件来生成 Go 代码。使用 Go 1.16 或更高版本安装它，运行

go install google.golang.org/protobuf/cmd/protoc-gen-go@latest

这将在 $GOBIN 中安装一个 protoc-gen-go 可执行文件。设置 $GOBIN 环境变量以更改安装位置。它必须在您的 $PATH 中，协议缓冲区编译器才能找到它。

当使用 go_out 标志调用时，协议缓冲区编译器会生成 Go 输出。go_out 标志的参数是您希望编译器写入 Go 输出的目录。编译器为每个 .proto 输入文件创建一个源文件。输出文件的名称是通过将 .proto 扩展名替换为 .pb.go 来创建的。

生成的 .pb.go 文件在输出目录中的位置取决于编译器标志。有几种输出模式

• 如果指定了 paths=import 标志，则输出文件将放在以 Go 包导入路径命名的目录中（例如 .proto 文件中由 go_package 选项提供的路径）。例如，输入文件 protos/buzz.proto 的 Go 导入路径为 example.com/project/protos/fizz，则输出文件位于 example.com/project/protos/fizz/buzz.pb.go。如果未指定 paths 标志，这是默认的输出模式。
• 如果指定了 module=$PREFIX 标志，则输出文件将放在以 Go 包导入路径命名的目录中（例如 .proto 文件中由 go_package 选项提供的路径），但会从输出文件名中移除指定的目录前缀。例如，输入文件 protos/buzz.proto 的 Go 导入路径为 example.com/project/protos/fizz，且指定 example.com/project 作为 module 前缀，则输出文件位于 protos/fizz/buzz.pb.go。在模块路径之外生成任何 Go 包将导致错误。此模式适用于将生成的文件直接输出到 Go 模块中。
• 如果指定了 paths=source_relative 标志，则输出文件将放在与输入文件相同的相对目录中。例如，输入文件 protos/buzz.proto 会导致输出文件位于 protos/buzz.pb.go。

protoc-gen-go 特定的标志通过在调用 protoc 时传递 go_opt 标志来提供。可以传递多个 go_opt 标志。例如，运行

protoc --proto_path=src --go_out=out --go_opt=paths=source_relative foo.proto bar/baz.proto

编译器将从 src 目录中读取输入文件 foo.proto 和 bar/baz.proto，并将输出文件 foo.pb.go 和 bar/baz.pb.go 写入 out 目录。编译器在必要时会自动创建嵌套输出子目录，但不会创建输出目录本身。

包

为了生成 Go 代码，必须为每个 .proto 文件（包括被正在生成的 .proto 文件传递依赖的文件）提供 Go 包的导入路径。有两种方式来指定 Go 导入路径

• 通过在 .proto 文件中声明它，或
• 通过在调用 protoc 时在命令行上声明它。

我们建议在 .proto 文件中声明它，以便 .proto 文件的 Go 包可以与 .proto 文件本身集中识别，并简化调用 protoc 时传递的标志集。如果给定 .proto 文件的 Go 导入路径同时由 .proto 文件本身和命令行提供，则后者优先于前者。

Go 导入路径是通过在 .proto 文件中声明一个带有 Go 包完整导入路径的 go_package 选项来局部指定的。示例用法

option go_package = "example.com/project/protos/fizz";

Go 导入路径可以在调用编译器时在命令行上指定，通过传递一个或多个 M${PROTO_FILE}=${GO_IMPORT_PATH} 标志。示例用法

protoc --proto_path=src \
  --go_opt=Mprotos/buzz.proto=example.com/project/protos/fizz \
  --go_opt=Mprotos/bar.proto=example.com/project/protos/foo \
  protos/buzz.proto protos/bar.proto

由于所有 .proto 文件到其 Go 导入路径的映射可能非常大，因此这种指定 Go 导入路径的方式通常由一些构建工具（例如 Bazel）执行，这些工具控制着整个依赖树。如果给定 .proto 文件存在重复的条目，则最后指定的条目优先。

对于 go_package 选项和 M 标志，其值可能包含一个显式的包名，与导入路径用分号分隔。例如："example.com/protos/foo;package_name"。不鼓励这种用法，因为包名默认会以合理的方式从导入路径中派生出来。

导入路径用于确定当一个 .proto 文件导入另一个 .proto 文件时必须生成哪些导入语句。例如，如果 a.proto 导入 b.proto，则生成的 a.pb.go 文件需要导入包含生成的 b.pb.go 文件的 Go 包（除非两个文件在同一个包中）。导入路径也用于构建输出文件名。有关详细信息，请参阅上面的“编译器调用”部分。

Go 导入路径与 .proto 文件中的 package 说明符之间没有关联。后者仅与 protobuf 命名空间相关，而前者仅与 Go 命名空间相关。同样，Go 导入路径与 .proto 导入路径之间也没有关联。

API 级别

生成的代码使用开放结构 API 或不透明 API。请参阅 Go Protobuf：新的不透明 API 博客文章以了解介绍。

根据您的 .proto 文件使用的语法，将使用以下 API

您可以通过在 .proto 文件中设置 api_level 版本特性来选择 API。这可以按文件或按消息设置

edition = "2023";

package log;

import "google/protobuf/go_features.proto";
option features.(pb.go).api_level = API_OPAQUE;

message LogEntry { … }

为方便起见，您也可以使用 protoc 命令行标志覆盖默认 API 级别

protoc […] --go_opt=default_api_level=API_HYBRID

要为特定文件（而不是所有文件）覆盖默认 API 级别，请使用 apilevelM 映射标志（类似于 导入路径的 M 标志）

protoc […] --go_opt=apilevelMhello.proto=API_HYBRID

这些命令行标志也适用于仍使用 proto2 或 proto3 语法的 .proto 文件，但如果您想在 .proto 文件中选择 API 级别，您需要先将该文件迁移到版本化（editions）。

消息

给定一个简单的消息声明

message Artist {}

协议缓冲区编译器会生成一个名为 Artist 的结构体。一个 *Artist 实现了 proto.Message 接口。

proto 包提供了操作消息的函数，包括二进制格式的转换。

proto.Message 接口定义了一个 ProtoReflect 方法。此方法返回一个 protoreflect.Message，它提供了基于反射的消息视图。

optimize_for 选项不影响 Go 代码生成器的输出。

当多个 goroutine 并发访问同一消息时，适用以下规则

• 并发访问（读取）字段是安全的，有一个例外
  • 首次访问延迟字段属于修改操作。
• 修改同一消息中不同的字段是安全的。
• 并发修改同一字段是不安全的。
• 与 proto 包中的函数（例如 proto.Marshal 或 proto.Size）并发地以任何方式修改消息是不安全的。

嵌套类型

消息可以在另一个消息内部声明。例如

message Artist {
  message Name {
  }
}

在这种情况下，编译器生成两个结构体：Artist 和 Artist_Name。

字段

协议缓冲区编译器为消息中定义的每个字段生成一个结构体字段。此字段的具体性质取决于其类型以及它是单一字段、重复字段、map 字段还是 oneof 字段。

请注意，生成的 Go 字段名始终使用驼峰命名法 (camel-case naming)，即使 .proto 文件中的字段名使用小写加下划线（正如应该的那样）。大小写转换如下进行

1. 首字母大写以便导出。如果第一个字符是下划线，则将其移除并在前面加上大写 X。
2. 如果内部下划线后面跟着小写字母，则移除下划线，并将后面的字母大写。

因此，proto 字段 birth_year 在 Go 中变为 BirthYear，_birth_year_2 变为 XBirthYear_2。

单一标量字段 (proto2)

对于以下任何一个字段定义

optional int32 birth_year = 1;
required int32 birth_year = 1;

编译器会生成一个结构体，其中包含一个名为 BirthYear 的 *int32 字段和一个访问器方法 GetBirthYear()，该方法返回 Artist 中的 int32 值，如果字段未设置则返回默认值。如果默认值未显式设置，则使用该类型的零值代替（数字为 0，字符串为空字符串）。

对于其他标量字段类型（包括 bool、bytes 和 string），*int32 会根据标量值类型表替换为相应的 Go 类型。

单一标量字段 (proto3)

对于此字段定义

int32 birth_year = 1;
optional int32 first_active_year = 2;

编译器将生成一个结构体，其中包含一个名为 BirthYear 的 int32 字段和一个访问器方法 GetBirthYear()，该方法返回 birth_year 中的 int32 值，如果字段未设置则返回该类型的零值（数字为 0，字符串为空字符串）。

FirstActiveYear 结构体字段的类型将是 *int32，因为它被标记为 optional。

对于其他标量字段类型（包括 bool、bytes 和 string），int32 会根据标量值类型表替换为相应的 Go 类型。Proto 中未设置的值将表示为该类型的零值（数字为 0，字符串为空字符串）。

单一消息字段

给定消息类型

message Band {}

对于一个包含 Band 字段的消息

// proto2
message Concert {
  optional Band headliner = 1;
  // The generated code is the same result if required instead of optional.
}

// proto3
message Concert {
  Band headliner = 1;
}

编译器将生成一个 Go 结构体

type Concert struct {
    Headliner *Band
}

消息字段可以设置为 nil，这意味着该字段未设置，从而有效地清除了该字段。这与将值设置为消息结构体的“空”实例不同。

编译器还会生成一个辅助函数 func (m *Concert) GetHeadliner() *Band。如果 m 为 nil 或 headliner 未设置，此函数将返回 nil *Band。这使得链式调用 get 方法成为可能，而无需进行中间的 nil 检查

var m *Concert // defaults to nil
log.Infof("GetFoundingYear() = %d (no panic!)", m.GetHeadliner().GetFoundingYear())

重复字段

在 Go 中，每个重复字段都会在结构体中生成一个 T 类型的切片字段，其中 T 是该字段的元素类型。对于包含重复字段的此消息

message Concert {
  // Best practice: use pluralized names for repeated fields:
  // /programming-guides/style#repeated-fields
  repeated Band support_acts = 1;
}

编译器生成 Go 结构体

type Concert struct {
    SupportActs []*Band
}

类似地，对于字段定义 repeated bytes band_promo_images = 1;，编译器将生成一个包含 [][]byte 字段（名为 BandPromoImage）的 Go 结构体。对于像 repeated MusicGenre genres = 2; 这样的重复枚举，编译器生成一个包含 []MusicGenre 字段（名为 Genre）的结构体。

以下示例展示了如何设置该字段

concert := &Concert{
  SupportActs: []*Band{
    {}, // First element.
    {}, // Second element.
  },
}

要访问该字段，您可以执行以下操作

support := concert.GetSupportActs() // support type is []*Band.
b1 := support[0] // b1 type is *Band, the first element in support_acts.

Map 字段

每个 map 字段在 Go 结构体中生成一个类型为 map[TKey]TValue 的字段，其中 TKey 是该字段的键类型，TValue 是该字段的值类型。对于包含 map 字段的此消息

message MerchItem {}

message MerchBooth {
  // items maps from merchandise item name ("Signed T-Shirt") to
  // a MerchItem message with more details about the item.
  map<string, MerchItem> items = 1;
}

编译器生成 Go 结构体

type MerchBooth struct {
    Items map[string]*MerchItem
}

Oneof 字段

对于 oneof 字段，protobuf 编译器会生成一个类型为 isMessageName_MyField 的接口字段。它还会为 oneof 中的每个单一字段生成一个结构体。这些结构体都实现了这个 isMessageName_MyField 接口。

对于包含 oneof 字段的此消息

package account;
message Profile {
  oneof avatar {
    string image_url = 1;
    bytes image_data = 2;
  }
}

编译器生成以下结构体

type Profile struct {
    // Types that are valid to be assigned to Avatar:
    //  *Profile_ImageUrl
    //  *Profile_ImageData
    Avatar isProfile_Avatar `protobuf_oneof:"avatar"`
}

type Profile_ImageUrl struct {
        ImageUrl string
}
type Profile_ImageData struct {
        ImageData []byte
}

*Profile_ImageUrl 和 *Profile_ImageData 都通过提供一个空的 isProfile_Avatar() 方法来实现 isProfile_Avatar 接口。

以下示例展示了如何设置该字段

p1 := &account.Profile{
  Avatar: &account.Profile_ImageUrl{ImageUrl: "http://example.com/image.png"},
}

// imageData is []byte
imageData := getImageData()
p2 := &account.Profile{
  Avatar: &account.Profile_ImageData{ImageData: imageData},
}

要访问该字段，您可以使用对值进行类型切换来处理不同的消息类型。

switch x := m.Avatar.(type) {
case *account.Profile_ImageUrl:
    // Load profile image based on URL
    // using x.ImageUrl
case *account.Profile_ImageData:
    // Load profile image based on bytes
    // using x.ImageData
case nil:
    // The field is not set.
default:
    return fmt.Errorf("Profile.Avatar has unexpected type %T", x)
}

编译器还会生成 get 方法 func (m *Profile) GetImageUrl() string 和 func (m *Profile) GetImageData() []byte。每个 get 函数返回该字段的值，如果未设置则返回零值。

枚举

给定一个像这样的枚举

message Venue {
  enum Kind {
    KIND_UNSPECIFIED = 0;
    KIND_CONCERT_HALL = 1;
    KIND_STADIUM = 2;
    KIND_BAR = 3;
    KIND_OPEN_AIR_FESTIVAL = 4;
  }
  Kind kind = 1;
  // ...
}

协议缓冲区编译器会生成一个类型和一系列具有该类型的常量

type Venue_Kind int32

const (
    Venue_KIND_UNSPECIFIED       Venue_Kind = 0
    Venue_KIND_CONCERT_HALL      Venue_Kind = 1
    Venue_KIND_STADIUM           Venue_Kind = 2
    Venue_KIND_BAR               Venue_Kind = 3
    Venue_KIND_OPEN_AIR_FESTIVAL Venue_Kind = 4
)

对于消息内部的枚举（如上面所示），类型名以消息名开头

type Venue_Kind int32

对于包级别的枚举

enum Genre {
  GENRE_UNSPECIFIED = 0;
  GENRE_ROCK = 1;
  GENRE_INDIE = 2;
  GENRE_DRUM_AND_BASS = 3;
  // ...
}

Go 类型名与 proto 枚举名相同，未修改

type Genre int32

此类型具有一个 String() 方法，该方法返回给定值的名称。

Enum() 方法使用给定值初始化新分配的内存并返回相应的指针

func (Genre) Enum() *Genre

协议缓冲区编译器为枚举中的每个值生成一个常量。对于消息内部的枚举，常量以包含该枚举的消息名开头

const (
    Venue_KIND_UNSPECIFIED       Venue_Kind = 0
    Venue_KIND_CONCERT_HALL      Venue_Kind = 1
    Venue_KIND_STADIUM           Venue_Kind = 2
    Venue_KIND_BAR               Venue_Kind = 3
    Venue_KIND_OPEN_AIR_FESTIVAL Venue_Kind = 4
)

对于包级别的枚举，常量则以枚举名开头

const (
    Genre_GENRE_UNSPECIFIED   Genre = 0
    Genre_GENRE_ROCK          Genre = 1
    Genre_GENRE_INDIE         Genre = 2
    Genre_GENRE_DRUM_AND_BASS Genre = 3
)

protobuf 编译器还会生成一个从整数值到字符串名称的 map，以及一个从名称到值的 map

var Genre_name = map[int32]string{
    0: "GENRE_UNSPECIFIED",
    1: "GENRE_ROCK",
    2: "GENRE_INDIE",
    3: "GENRE_DRUM_AND_BASS",
}
var Genre_value = map[string]int32{
    "GENRE_UNSPECIFIED":   0,
    "GENRE_ROCK":          1,
    "GENRE_INDIE":         2,
    "GENRE_DRUM_AND_BASS": 3,
}

请注意，.proto 语言允许多个枚举符号具有相同的数值。具有相同数值的符号是同义词。这些在 Go 中以完全相同的方式表示，多个名称对应于同一个数值。反向映射包含一个条目，用于将数值映射到在 .proto 文件中首先出现的名称。

扩展 (proto2)

给定一个扩展定义

extend Concert {
  optional int32 promo_id = 123;
}

协议缓冲区编译器将生成一个名为 E_Promo_id 的 protoreflect.ExtensionType 值。该值可与 proto.GetExtension、proto.SetExtension、proto.HasExtension 和 proto.ClearExtension 函数一起使用，以访问消息中的扩展。GetExtension 函数和 SetExtension 函数分别返回和接受一个包含扩展值类型的 interface{} 值。

对于单一标量扩展字段，扩展值类型是根据标量值类型表得出的相应 Go 类型。

对于单一嵌入式消息扩展字段，扩展值类型是 *M，其中 M 是字段消息类型。

对于重复扩展字段，扩展值类型是单一类型的切片。

例如，给定以下定义

extend Concert {
  optional int32 singular_int32 = 1;
  repeated bytes repeated_strings = 2;
  optional Band singular_message = 3;
}

扩展值可以按以下方式访问

m := &somepb.Concert{}
proto.SetExtension(m, extpb.E_SingularInt32, int32(1))
proto.SetExtension(m, extpb.E_RepeatedString, []string{"a", "b", "c"})
proto.SetExtension(m, extpb.E_SingularMessage, &extpb.Band{})

v1 := proto.GetExtension(m, extpb.E_SingularInt32).(int32)
v2 := proto.GetExtension(m, extpb.E_RepeatedString).([][]byte)
v3 := proto.GetExtension(m, extpb.E_SingularMessage).(*extpb.Band)

扩展可以嵌套在另一种类型内部声明。例如，一种常见的模式是这样做

message Promo {
  extend Concert {
    optional int32 promo_id = 124;
  }
}

在这种情况下，ExtensionType 值名为 E_Promo_Concert。

服务

Go 代码生成器默认不为服务生成输出。如果启用 gRPC 插件（请参阅 gRPC Go 快速入门指南），则会生成代码以支持 gRPC。