深入探究：JSONCPP库的使用与原理解析

君子不器

JsonCPP开源项目直达链接

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简介

在当今信息爆炸的时代，数据的传递和交换变得比以往任何时候都更为频繁和重要。JSON作为一种轻量级的数据交换格式，在网络通信、数据存储以及配置文件中被广泛应用。而在C++编程领域，处理JSON数据的需求也日益增长。为了应对这一需求，诞生了JSONCPP库。

JSONCPP，作为一个开源的C++库，旨在为C++开发者提供便捷、高效的JSON数据处理能力。借助JSONCPP，开发者可以轻松解析、生成以及操作JSON数据，从而实现各种应用场景下的需求。

JSONCPP的设计理念是简单易用，旨在降低开发者处理JSON数据的复杂度。它提供了直观的API，使得即使是对JSON数据处理经验有限的开发者也能够快速上手。JSONCPP的核心数据结构是Json::Value类，它灵活地表示了JSON数据的各种类型，包括对象、数组、字符串等。通过Json::Value类及其相关方法，开发者可以直观地操作JSON数据，无需关注复杂的内部实现细节。

JSONCPP不仅提供了简单的接口，还具有高度的灵活性和可扩展性。它支持各种JSON数据结构和语法，能够满足不同场景下的需求。无论是简单的键值对结构还是复杂的嵌套对象，JSONCPP都能够轻松应对。同时，JSONCPP还提供了丰富的文档和示例代码，帮助开发者更好地理解和应用该库。

总的来说，JSONCPP是一个强大而实用的C++库，为处理JSON数据提供了便捷的解决方案。无论是Web开发、移动应用还是嵌入式系统，JSONCPP都是一个不可或缺的利器。在这个充满挑战和机遇的时代，掌握JSONCPP的使用技巧将为开发者带来无尽的可能性。

简而言之，json 是一种数据交换格式，采用完全独立于编程语言的文本格式来存储和表示数据。

Json

JSON（JavaScript Object Notation）是一种轻量级的数据交换格式，被广泛应用于网络通信、配置文件、API通信等领域。它的简洁性、易读性以及与多种编程语言的兼容性使得它成为了目前最流行的数据交换格式之一。

• 格式和语法

格式和语法	说明
基本格式	JSON数据是由键值对（key-value pairs）组成的。键必须是字符串，值可以是字符串、数字、布尔值、数组、对象或null。
数据类型	JSON支持字符串、数字、布尔值、数组、对象和null等基本数据类型。
数据结构	JSON数据可以是嵌套的，可以包含对象和数组，并支持多种组合方式。
语法规则	JSON数据必须符合特定的语法规则，例如键和字符串必须使用双引号包围，值之间使用逗号分隔等。

• 基本数据类型

数据类型	说明
字符串（String）	以双引号包围的Unicode字符序列。
数字（Number）	可以是整数或浮点数形式，不需要使用特定的符号或标记。
布尔值（Boolean）	可以是true或false。
数组（Array）	有序的值的集合，用方括号([])表示。
对象（Object）	无序的键/值对的集合，用花括号({})表示。

JSON是一种跨平台的数据格式，能够在不同的操作系统和编程语言中进行解析和生成。并且JSON与JavaScript密切相关，它源于JavaScript的对象字面量语法，并且JavaScript提供了内置的JSON对象，用于解析和序列化JSON数据。

各种编程语言都有相应的JSON库，用于解析和生成JSON数据。JSON解析器用于将JSON格式的文本数据解析成程序内部的数据结构，便于程序进行处理和操作。

Json使用场景：

• 网络通信：在Web开发中，JSON常用于客户端和服务器之间的数据交换。
• 配置文件：JSON格式简洁清晰，适合用于配置文件的存储和读取。
• API通信：许多Web服务和API都使用JSON作为数据交换的格式。

示例

以下是一个简单的JSON示例，演示了不同数据类型的使用和嵌套结构：

{
  "name": "John Doe",
  "age": 30,
  "isStudent": false,
  "address": {
    "city": "New York",
    "postalCode": "10001"
  },
  "languages": ["C++", "JavaScript", "Python"],
  "friends": [
    {
      "name": "Alice",
      "age": 28
    },
    {
      "name": "Bob",
      "age": 32
    }
  ]
}

在这个JSON示例中，我们有一个名为"John Doe"的人的信息：

• "name"字段是一个字符串，表示姓名。
• "age"字段是一个数字，表示年龄。
• "isStudent"字段是一个布尔值，表示是否是学生。
• "address"字段是一个嵌套的对象，包含城市和邮政编码。
• "languages"字段是一个数组，包含该人擅长的编程语言。
• "friends"字段是一个包含两个对象的数组，表示该人的朋友列表。每个朋友对象包含姓名和年龄。

这个JSON示例展示了JSON的灵活性和适用性，它可以表示各种复杂的数据结构，并且易于阅读和理解。 JSON的简洁性和易读性使其成为了数据交换和存储的首选格式之一。

小结

JSON的简洁性、易读性和与多种编程语言的兼容性使得它成为了数据交换和存储的首选格式之一。无论是在Web开发、移动应用还是嵌入式系统中，JSON都扮演着重要的角色，为数据交换和传输提供了便捷而高效的解决方案。

Jsoncpp

JSONCPP是一个开源的C++库，用于解析和生成JSON数据。它遵循JSON数据格式的规范，并提供了易于理解和操作的API。JSONCPP的核心是Json::Value类，它表示JSON数据的各种类型，包括对象、数组、字符串、数字等。

• 主要特点

特点	说明
简单易用	JSONCPP提供了简单易用的API，使得在C++程序中处理JSON数据变得容易而直观。
跨平台性	JSONCPP可以在多个操作系统上使用，包括Windows、Linux和macOS等。
开源	JSONCPP是一个开源项目，源代码托管在GitHub上，任何人都可以访问、使用和贡献。
灵活性	JSONCPP支持处理各种复杂的JSON数据结构，包括对象、数组、字符串、数字等。

Json::Value

Json::Value是JSONCPP库中最核心的类之一，用于表示JSON数据的各种类型，包括字符串、数字、布尔值、数组、对象和null等。在结合源码后来分析Json::Value类的实现：

• Json::Value的定义

Json::Value的定义包含在 Json::Value.h 头文件中。以下是 Json::Value 类的简化定义：

namespace Json {
    class Value {
    public:
        // 构造函数
        Value();
        // 复制构造函数
        Value(const Value& other);
        // 析构函数
        ~Value();

        // 重载赋值运算符
        Value& operator=(const Value& other);

        // 重载下标操作符，用于访问对象或数组中的成员
        Value& operator[](const std::string& key);
        Value& operator[](const char* key);
        const Value& operator[](ArrayIndex index) const;

        // 移除对象中指定键的成员
        Value removeMember(const char* key);

        // 添加数组元素
        Value& append(const Value& value);

        // 获取数组元素个数
        ArrayIndex size() const;

        // 类型转换方法
        std::string asString() const;
        const char* asCString() const;
        int asInt() const;
        float asFloat() const;
        bool asBool() const;
        
        // 其他方法...
    };
}

在这个简化的定义中，Json::Value 类包含了构造函数、复制构造函数、析构函数以及赋值运算符的定义。它还重载了下标操作符，使得可以像访问数组或对象一样访问 Json::Value 对象中的成员。除此之外，Json::Value 类还提供了一系列方法来操作和转换 JSON 数据的不同类型。

Json::Value 类的完整定义实现了更多功能，如处理 JSON 数据的解析、序列化、格式化输出等，使得它成为处理 JSON 数据的重要工具之一。

• Json::Value的构造函数

Json::Value 类的构造函数用于创建一个 Json::Value 对象的实例。它有多个重载版本，可以根据不同的参数类型进行构造。

以下是 Json::Value 类的构造函数的简化定义：

namespace Json {
    class Value {
    public:
        // 默认构造函数，创建一个空的 Json::Value 对象
        Value();

        // 从布尔值创建 Json::Value 对象
        explicit Value(bool value);

        // 从整数创建 Json::Value 对象
        explicit Value(Int value);

        // 从 64 位整数创建 Json::Value 对象
        explicit Value(Int64 value);

        // 从无符号整数创建 Json::Value 对象
        explicit Value(UInt value);

        // 从 64 位无符号整数创建 Json::Value 对象
        explicit Value(UInt64 value);

        // 从双精度浮点数创建 Json::Value 对象
        explicit Value(double value);

        // 从字符串创建 Json::Value 对象
        explicit Value(const char* value);
        explicit Value(const std::string& value);

        // 从数组创建 Json::Value 对象
        explicit Value(const StaticString& value);
        explicit Value(const char* beginValue, const char* endValue);
        template <typename Iterator> explicit Value(Iterator beginValue, Iterator endValue);

        // 从对象创建 Json::Value 对象
        explicit Value(const Object& value);
        
        // 从其他 Json::Value 对象创建新的 Json::Value 对象
        Value(const Value& other);

        // 析构函数
        ~Value();
        
        // 其他方法...
    };
}

这些构造函数允许以不同的方式初始化 Json::Value 对象，可以从布尔值、整数、浮点数、字符串、数组、对象以及其他 Json::Value 对象中创建新的 Json::Value 对象。Json::Value 类的构造函数为用户提供了灵活的选项，以适应不同的 JSON 数据类型和初始化方式。

Json::Value类是JSONCPP库中最核心的组件之一，通过深入理解和使用Json::Value类，开发者可以更加灵活地处理JSON数据，实现各种功能需求。

序列化

JSON 序列化相关的类：Json::Writer、Json::FastWriter、Json::StyledWriter、Json::StreamWriter 和 Json::StreamWriterBuilder。

Json::Writer 类

class JSON_API Writer {
public:
    virtual std::string write(const Value& root) = 0;
};

• Json::Writer 是一个抽象基类，用于 JSON 序列化。
• 提供了纯虚函数 write，表示将 Json::Value 对象转换为 JSON 格式的字符串。
• 派生类需要实现这个函数来实现具体的序列化功能。

Json::FastWriter 类

class JSON_API FastWriter : public Writer {
public:
    virtual std::string write(const Value& root) override;

    // 其他成员和方法
};

• Json::FastWriter 是 Json::Writer 的派生类，提供了快速的 JSON 序列化功能。
• 实现了 write 方法，使用快速的算法将 Json::Value 转换为 JSON 字符串。
• 通常用于快速生成 JSON 字符串，但可能会牺牲一些可读性。

Json::StyledWriter 类

class JSON_API StyledWriter : public Writer {
public:
    virtual std::string write(const Value& root) override;

    // 其他成员和方法
};

• Json::StyledWriter 是 Json::Writer 的派生类，提供了格式化输出的 JSON 序列化功能。
• 实现了 write 方法，将 Json::Value 转换为带缩进和换行的易读的 JSON 字符串。
• 通常用于生成可读性更好的 JSON 字符串，但可能会牺牲一些性能。

Json::StreamWriter 类

class JSON_API StreamWriter {
public:
    virtual int write(Value const& root, std::ostream* sout) = 0;

    // 其他成员和方法
};

• Json::StreamWriter 是一个抽象基类，用于将 Json::Value 对象写入到输出流中。
• 提供了纯虚函数 write，表示将 Json::Value 对象写入到给定的输出流中。
• 派生类需要实现这个函数来实现具体的输出功能。

Json::StreamWriterBuilder 类

class JSON_API StreamWriterBuilder : public StreamWriter::Factory {
public:
    virtual StreamWriter* newStreamWriter() const override;

    // 其他成员和方法
};

• Json::StreamWriterBuilder 是用于构建 Json::StreamWriter 对象的构建器类。
• 继承自 Json::StreamWriter::Factory，表示它是一个工厂类，用于创建 Json::StreamWriter 对象。
• 提供了虚函数 newStreamWriter，用于创建一个新的 Json::StreamWriter 对象。需要派生类实现该函数。

示例

```cpp
#include 
#include 
#include 
#include 

int main()
{
  //创建一个json对象
  Json::Value root;
  root["name"] = "张三";
  root["age"] = "18";
  root["score"].append(80);
  root["score"].append(90);
  root["score"].append(89);

  //使用FastWriter进行序列化
  Json::FastWriter fw;
  std::cout << "FastWriter : " << fw.write(root) << std::endl;

  //使用StyleWriter进行序列化
  Json::StyledWriter sw;
  std::cout << "StyledWriter : " << sw.write(root) << std::endl;

  //使用Streamwriter进行序列化
  Json::StreamWriterBuilder swb;
  std::unique_ptr<Json::StreamWriter> sw2(swb.newStreamWriter());
  std::ostringstream oss;
  sw2->write(root, &oss);
  std::cout << "StreamWriter : " << oss.str() << std::endl;

  return 0;
}

综上所述，这些类提供了不同版本的 JSON 序列化功能，Json::Writer 是基础类，而 Json::FastWriter 和 Json::StyledWriter 是其派生类，分别提供了快速和格式化输出的功能。另外，Json::StreamWriter 类提供了将 JSON 内容写入到输出流的能力，而 Json::StreamWriterBuilder 则用于构建对应的输出流对象。

反序列化

JSON 反序列化相关的三个类：Json::Reader、Json::CharReader 和 Json::CharReaderBuilder。

Json::Reader 类

class JSON_API Reader {
public:
    bool parse(const std::string& document, Value& root, bool collectComments = true);

    // 其他成员和方法
};

• Json::Reader 类是用于 JSON 反序列化的低版本类。
• 提供了 parse 方法，用于从字符串中解析 JSON 文档，并将解析结果存储到传入的 Json::Value 对象中。
• 第三个参数 collectComments 控制是否收集注释，默认为 true，表示收集注释。

Json::CharReader 类

class JSON_API CharReader {
public:
    virtual bool parse(char const* beginDoc, char const* endDoc,
                       Value* root, std::string* errs) = 0;

    // 其他成员和方法
};

• Json::CharReader 类是一个抽象基类，用于 JSON 反序列化的高版本类。
• 提供了纯虚函数 parse，表示解析 JSON 文档的接口。需要派生类实现该函数。
• 接受字符指针 beginDoc 和 endDoc，表示 JSON 文档的起始和结束位置。
• 将解析结果存储到传入的 Json::Value 对象中，同时可通过传入的 std::string 对象记录错误信息。

Json::CharReaderBuilder 类

class JSON_API CharReaderBuilder : public CharReader::Factory {
public:
    virtual CharReader* newCharReader() const;

    // 其他成员和方法
};

• Json::CharReaderBuilder 类是用于构建 Json::CharReader 对象的构建器类。
• 继承自 Json::CharReader::Factory，表示它是一个工厂类，用于创建 Json::CharReader 对象。
• 提供了虚函数 newCharReader，用于创建一个新的 Json::CharReader 对象。需要派生类实现该函数。

示例

#include 
#include 
#include 

void print(Json::Value& root)
{
  std::cout << "name : " << root["name"].asString() << "\nage : " << root["age"].asInt() << "\nscore : ";
  for(unsigned i = 0; i < root["score"].size(); i++)
  {
    std::cout << root["score"][i].asFloat() << ' ';
  }
  std::cout << std::endl;
}

int main()
{
  std::string jsonStr = "{\"name\": \"张三\", \"age\": 18, \"score\": [80, 90, 89]}";
  {
    //定义value对象存放数据
    Json::Value root;
    //定义reader对象
    Json::Reader read;
    read.parse(jsonStr, root);
    print(root);
  }

  {
    Json::Value root;
    //定义charreader对象
    Json::CharReaderBuilder crb;
    std::unique_ptr<Json::CharReader> cr(crb.newCharReader());
    std::string err;
    cr->parse(jsonStr.c_str(), jsonStr.c_str() + jsonStr.size(), &root, &err);
    print(root);
    std::cout << "err : " << err << std::endl;
  }
  return 0;
}

综上所述，这三个类分别是低版本和高版本的 JSON 反序列化类，提供了不同版本的接口来满足不同的需求。Json::Reader 是低版本的简单实现，而 Json::CharReader 是高版本的抽象接口，通过 Json::CharReaderBuilder 可以创建对应的实例。

总结

文章深入介绍了jsoncpp库的使用，在使用jsoncpp时，可以利用其提供的Json::Reader和Json::CharReader类来解析JSON数据。通过这些类，可以将JSON字符串或字符数组解析为Json::Value对象，从而方便地访问和操作JSON中的数据。

除了解析功能，jsoncpp还提供了Json::Writer和Json::StreamWriter等类来将JSON数据序列化为字符串或输出到流中。这些类可以帮助用户将内存中的JSON数据转换为字符串形式，或者直接输出到文件或网络流中。

总的来说，jsoncpp是一个功能丰富且易于使用的JSON处理库，为C++开发者提供了便捷的JSON数据处理方案，使得在C++项目中处理JSON数据变得更加简单高效。