关于深度学习:Protobuf在Cmake中的正确使用

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Protobuf 是 google 开发的一个序列化和反序列化的协定库，咱们能够本人设计传递数据的格局，通过 .proto 文件 定义咱们的要传递的数据格式。例如，在深度学习中罕用的 ONNX 替换模型就是应用 .proto 编写的。咱们能够通过多种前端 (MNN、NCNN、TVM 的前端) 去读取这个.onnx 这个模型，然而首先你要装置 protobuf。

在之前的博文中曾经简略介绍了 onnx，其中 onnx.proto 就代表了 onnx 模型的根本数据结构。一般来说，protobuf 常常搭配 Cmake 应用，Cmake 有官网的 modules，能够通过简略的几个命令 protobuf_generate_cpp 来生成对应的 .pb.cc 和.pb.h。

简略的例子：

find_package(Protobuf REQUIRED)
include_directories(${Protobuf_INCLUDE_DIRS})
include_directories(${CMAKE_CURRENT_BINARY_DIR})
protobuf_generate_cpp(PROTO_SRCS PROTO_HDRS foo.proto)
protobuf_generate_cpp(PROTO_SRCS PROTO_HDRS EXPORT_MACRO DLL_EXPORT foo.proto)
protobuf_generate_python(PROTO_PY foo.proto)
add_executable(bar bar.cc ${PROTO_SRCS} ${PROTO_HDRS})
target_link_libraries(bar ${Protobuf_LIBRARIES})

然而这个例子太简略了，如果咱们的.proto 文件只有一个或者说都只在一个目录里，那用这个命令没什么故障 …

但如果是这种状况，咱们的文件目录如下：

├── CMakeLists.txt
├── README.md
├── meta
│   └── proto
│       ├── CMakeLists.txt
│       └── common
│           ├── bar
│           │   ├── CMakeLists.txt
│           │   └── bar.proto
│           └── foo
│               ├── CMakeLists.txt
│               └── foo.proto
└── src
    ├── CMakeLists.txt
    ├── c_proto.cc
    └── c_proto.hh

其中 foo.proto 文件如下:

message foo_msg 
{optional string name = 1;}

bar.proto的文件如下：

import "common/foo/foo.proto";
 
message bar_msg 
{
  optional foo_msg foo = 1;
  optional string name = 2;
}

如上，bar 文件援用 foo，而且这两个不在一个目录，如果间接应用 protobuf_generate_cpp 来生成，间接会报错。（这个例子取自 Yu 的一篇博文）

也想过把他俩放到同一个目录 … 而后 bar.proto 中 import 的代码就要批改，尽管这样能够，但显然是不适宜大型的我的项目。

而这个大型项目显然就是 mediapipe… 折磨了我良久。

对于 mediapipe 的具体介绍在另一篇文章。mediapipe 中应用了大量的 ProtoBuf 技术来示意图构造，而且 mediapipe 原生并不是采纳 cmake 来构建我的项目，而是应用 google 自家研发的 bazel，这个我的项目构建零碎我就不评估了，而当初我须要应用 Cmake 来对其进行构建。

这也是噩梦的开始，mediapipe 的.proto 文件很多，外围的 framework 的目录下存在很多的.proto 文件，根目录和子目录都有.proto 文件：

而且每个 proto 文件之间存在援用的程序，framework 根目录下的 calculator.proto 文件:

// mediapipe/framework/calculator.proto
syntax = "proto3";

package mediapipe;

import public "mediapipe/framework/calculator_options.proto";

import "google/protobuf/any.proto";
import "mediapipe/framework/mediapipe_options.proto";
import "mediapipe/framework/packet_factory.proto";
import "mediapipe/framework/packet_generator.proto";
import "mediapipe/framework/status_handler.proto";
import "mediapipe/framework/stream_handler.proto";

每个.proto 文件都 import 了其余目录下的文件，这里的 import 相似于 C ++ 中的 include，然而这里的 import 又能够互相援用，例如上述的 status_handler.proto 也援用了mediapipe_options.proto。

如果间接对上述所有的.proto 文件间接应用 protobuf_generate_cpp 命令，会间接报错，因为这些文件不在一个目录，而且 import 的绝对目录也无奈剖析。另外，不同目录内的 .cc 文件会援用相应目录生成的 .pb.h 文件，咱们须要生成的 .pb.cc 和.pb.h在原始的目录中，这样才能够失常援用，要不然须要批改其余源代码的 include 地址，比拟麻烦。

CLion 中 Cmake 来编译 proto 生成的 .pb.cc 和.pb.h不在原始目录，而是集中在 cmake-build-debug(release)中，咱们额定须要将其中生成的 .pb.cc 和.pb.h文件挪动到原始地址(Clion 的状况是这样)。

对于这种状况，比拟适合的做法是间接应用命令进行生成。

首先找到所有须要编译的.proto 文件：

file(GLOB protobuf_files
        mediapipe/framework/*.proto
        mediapipe/framework/tool/*.proto
        mediapipe/framework/deps/*.proto
        mediapipe/framework/testdata/*.proto
        mediapipe/framework/formats/*.proto
        mediapipe/framework/formats/annotation/*.proto
        mediapipe/framework/formats/motion/*.proto
        mediapipe/framework/formats/object_detection/*.proto
        mediapipe/framework/stream_handler/*.proto
        mediapipe/util/*.proto
        mediapipe/calculators/internal/*.proto
        )

接下来，定义相干的目录地址，PROTO_META_BASE_DIR为编译之后生成文件的目录。PROTO_FLAGS很重要，指定编译 .proto 文件时的总的寻找门路，.proto中的 import 命令依据依据这个地址去连贯其余的 .proto 文件：

SET(PROTO_META_BASE_DIR ${CMAKE_CURRENT_BINARY_DIR})
LIST(APPEND PROTO_FLAGS -I${CMAKE_CURRENT_SOURCE_DIR})

设置好之后，通过 FOREACH 去循环之前的.proto 文件，顺次编译每个文件，而后将生成的 .pb.cc 和.pb.h挪动回原始的目录，至此就能够失常工作了。

FOREACH(FIL ${protobuf_files})

    GET_FILENAME_COMPONENT(FIL_WE ${FIL} NAME_WE)

    string(REGEX REPLACE ".+/(.+)\\..*" "\\1" FILE_NAME ${FIL})
    string(REGEX REPLACE "(.+)\\${FILE_NAME}.*" "\\1" FILE_PATH ${FIL})

    string(REGEX MATCH "(/mediapipe/framework.*|/mediapipe/util.*|/mediapipe/calculators/internal/)" OUT_PATH ${FILE_PATH})

    set(PROTO_SRCS "${CMAKE_CURRENT_BINARY_DIR}${OUT_PATH}${FIL_WE}.pb.cc")
    set(PROTO_HDRS "${CMAKE_CURRENT_BINARY_DIR}${OUT_PATH}${FIL_WE}.pb.h")

    EXECUTE_PROCESS(COMMAND ${PROTOBUF_PROTOC_EXECUTABLE} ${PROTO_FLAGS} --cpp_out=${PROTO_META_BASE_DIR} ${FIL}
    )
    message("Copying" ${PROTO_SRCS} "to" ${FILE_PATH})

    file(COPY ${PROTO_SRCS} DESTINATION ${FILE_PATH})
    file(COPY ${PROTO_HDRS} DESTINATION ${FILE_PATH})

ENDFOREACH()

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