C++实现对Json数据的友好处理
背景
C/C++客户端需要接收和发送JSON格式的数据到后端以实现通讯和数据交互。C++没有现成的处理JSON格式数据的接口，直接引用第三方库还是避免不了拆解拼接。考虑到此项目将会有大量JSON数据需要处理，避免不了重复性的拆分拼接。所以打算封装一套C++结构体对象转JSON数据、JSON数据直接装C++结构体对象的接口，类似于数据传输中常见的序列化和反序列化，以方便后续处理数据，提高开发效率。
设计
目标：
- 通过简单接口就能将C++结构体对象实例转换为JSON字符串数据，或将一串JSON字符串数据加载赋值到一个C++结构体对象实例。理想接口：
Json2Object(inJsonString, outStructObject)，或者Object2Json(inStructObject, outJsonString) - 支持内置基本类型如bool，int，double的Json转换，支持自定义结构体的Json转换，支持上述类型作为元素数组的Json转换，以及支持嵌套的结构体的Json转换
效果：
先上单元测试代码
TEST_CASE("解析结构体数组到JSON串", "[json]")
{
struct DemoChildrenObject
{
bool boolValue;
int intValue;
std::string strValue;
/*JSON相互转换成员变量声明（必需）*/
JSONCONVERT2OBJECT_MEMEBER_REGISTER(boolValue, intValue, strValue)
};
struct DemoObjct
{
bool boolValue;
int intValue;
std::string strValue;
/*嵌套的支持JSON转换的结构体成员变量，数组形式*/
std::vector< DemoChildrenObject> children;
/*JSON相互转换成员变量声明（必需）*/
JSONCONVERT2OBJECT_MEMEBER_REGISTER(boolValue, intValue, strValue, children)
};
DemoObjct demoObj;
/*开始对demoObj对象的成员变量进行赋值*/
demoObj.boolValue = true;
demoObj.intValue = 321;
demoObj.strValue = "hello worLd";
DemoChildrenObject child1;
child1.boolValue = true;
child1.intValue = 1000;
child1.strValue = "hello worLd child1";
DemoChildrenObject child2;
child2.boolValue = true;
child2.intValue = 30005;
child2.strValue = "hello worLd child2";
demoObj.children.push_back(child1);
demoObj.children.push_back(child2);
/*结束对demoObj对象的成员变量的赋值*/
std::string jsonStr;
/*关键转换函数*/
REQUIRE(Object2Json(jsonStr, demoObj));
std::cout << "returned json format: " << jsonStr << std::endl;
/*打印的内容如下：
returned json format: {
"boolValue" : true,
"children" : [
{
"boolValue" : true,
"intValue" : 1000,
"strValue" : "hello worLd child1"
},
{
"boolValue" : true,
"intValue" : 30005,
"strValue" : "hello worLd child2"
}
],
"intValue" : 321,
"strValue" : "hello worLd"
}
*/
DemoObjct demoObj2;
/*关键转换函数*/
REQUIRE(Json2Object(demoObj2, jsonStr));
/*校验转换后的结构体变量中各成员变量的内容是否如预期*/
REQUIRE(demoObj2.boolValue == true);
REQUIRE(demoObj2.intValue == 321);
REQUIRE(demoObj2.strValue == "hello worLd");
REQUIRE(demoObj2.children.size() == 2);
REQUIRE(demoObj.children[0].boolValue == true);
REQUIRE(demoObj.children[0].intValue == 1000);
REQUIRE(demoObj.children[0].strValue == "hello worLd child1");
REQUIRE(demoObj.children[1].boolValue == true);
REQUIRE(demoObj.children[1].intValue == 30005);
REQUIRE(demoObj.children[1].strValue == "hello worLd child2");
}
实现
本次我们只关注怎么友好地在结构体与Json字符串之间进行转换，而不深入关注JSon字符串具体如何与基本数据类型进行转换。这个已经有不少的第三方库帮我们解决这个问题，如cJSON、Jsoncpp、rapidjson，不必再重复造轮子。
此次我们选择了JsonCPP作为底层的JSON解析支持，如果想替换成其他三方库也比较简单，修改对应嵌入的内容即可。
我们的目标是实现两个接口：
Json2Object(inJsonString, outStructObject)Object2Json(inStructObject, outJsonString)
结合JsonCPP自身定义的类型，我们进一步需要实现的是：
Json2Object(const Json::Value& jsonTypeValue, outStructObject)Object2Json(inStructObject, const std::string& key, Json::Value& jsonTypeValue)
基本数据类型转换
对于如bool、int、double、string等基本数据类型，该实现均较为简单：
/*int 类型支持*/
static bool Json2Object(int& aimObj, const Json::Value& jsonTypeValue)
{
if (jsonTypeValue.isNull() || !jsonTypeValue.isInt()) {
return false;
} else {
aimObj = jsonTypeValue.asInt();
return true;
}
}
static bool Object2Json(Json::Value& jsonTypeValue, const std::string& key, const int& value)
{
jsonTypeValue[key] = value;
return true;
}
/*std::string 字符串类型支持*/
static bool Json2Object(std::string& aimObj, const Json::Value& jsonTypeValue)
{
if (jsonTypeValue.isNull() || !jsonTypeValue.isString()) {
return false;
} else {
aimObj = jsonTypeValue.asString();
return true;
}
}
static bool Object2Json(Json::Value& jsonTypeValue, const std::string& key, const std::string& value)
{
jsonTypeValue[key] = value;
return true;
}
自定义数据结构类型
对于自定义的结构体类型，我们要做的就是要保证其成员变量能够与JSON节点一一对应，并能够匹配进行数据填充。
/*Json字符串：
{
"boolValue" : true,
"intValue" : 1234,
"strValue" : "demo object!"
}*/
struct DemoObjct
{
bool boolValue;
int intValue;
std::string strValue;
};
如上面示例，在相互转换过程中，"boolValue"能与DemoObjct对象中名为boolValue的成员变量对应，"strValue"与DemoObjct对象中名为strValue的成员变量对应。
正常情况下，对于这种场景，我们只能对DemoObjct结构体额外实现处理函数进行数据转换，因不同的结构体声明定义的成员变量都不一样，所以针对每个结构体均需要单独实现，工作繁琐，不通用。
从这里下手，我们要做的就是“隐藏”针对类结构体实现的转换函数，利用语言自身的特性（函数模板等）让他们帮我们去做这些事情。
- 声明转换成员函数，在这个成员函数实现里，让每个成员变量能从JSON原生数据中读取或写入值。
- 注册成员变量，目的是让转换成员函数知道需要处理哪些成员变量，每个成员变量又对应JSON原生数据中的哪个节点字段，以便匹配读写。
- 在外部调用
Json2Object和Object2Json函数时，触发调用该转换成员函数，以便填充或输出成员变量的内容。
把大象装进冰箱里只需要三步，我们来看这三步怎么走。
成员变量处理
- 考虑到每个结构体的成员变量类型和数量不可控，并且需要将每个成员变量作为左值（
Json2Object时），不能简单采用数组枚举方式处理，可以采用C++11的特性——可变参数模板，从里到外遍历处理每个成员变量
template <typename T>
static bool JsonParse(const std::vector<std::string>& names, int index, const Json::Value& jsonTypeValue, T& arg)
{
const auto key = names[index];
if (!jsonTypeValue.isMember(key) || Json2Object(arg, jsonTypeValue[key])) {
return true;
} else {
return false;
}
}
template <typename T, typename... Args>
static bool JsonParse(const std::vector<std::string>& names, int index, const Json::Value& jsonTypeValue, T& arg, Args&... args)
{
if (!JsonParse(names, index, jsonTypeValue, arg)) {
return false;
} else {
return JsonParse(names, index + 1, jsonTypeValue, args...);
}
}
- 成员变量与JSON原生节点key字段有对应关系，初步先简单考虑，将成员变量名称先视为JSON中对应节点的key名称。这个可以通过宏定义的特性实现，将声明注册的成员变量内容作为字符串拆分出key名称列表。
#define JSONCONVERT2OBJECT_MEMEBER_REGISTER(...) \
bool ParseHelpImpl(const Json::Value& jsonTypeValue)
{
std::vector<std::string> names = Member2KeyParseWithStr(#__VA_ARGS__);
return JsonParse(names, 0, jsonTypeValue, __VA_ARGS__);
}
成员变量注册
例如DemoObjct这个类结构体，添加JSONCONVERT2OBJECT_MEMEBER_REGISTER并带上成员变量的注册声明：
struct DemoObjct
{
bool boolValue;
int intValue;
std::string strValue;
JSONCONVERT2OBJECT_MEMEBER_REGISTER(boolValue, intValue, strValue)
};
等同于：
struct DemoObjct
{
bool boolValue;
int intValue;
std::string strValue;
bool ParseHelpImpl(const Json::Value& jsonTypeValue,
std::vector<std::string> &names)
{
names = Member2KeyParseWithStr("boolValue, intValue, strValue");
//names 得到 ["boolValue","intValue", "strValue"]
//然后带着这些key逐一从Json中取值赋值到成员变量中
return JsonParse(names, 0, jsonTypeValue, boolValue, intValue, strValue);
}
};
模板匹配防止编译报错
到目前为止，核心的功能已经实现。如果目标结构体类未添加JSON转换的声明注册，外部在使用Json2Object接口时会导致编译报错，提示找不到ParseHelpImpl这个成员函数的声明定义……，我们可以采用enable_if来给未声明注册宏的结构体提供缺省函数。
template <typename TClass, typename enable_if<HasConverFunction<TClass>::has, int>::type = 0>
static inline bool Json2Object(TClass& aimObj, const Json::Value& jsonTypeValue)
{
std::vector<std::string> names = PreGetCustomMemberNameIfExists(aimObj);
return aimObj.JSONCONVERT2OBJECT_MEMEBER_REGISTER_RESERVERD_IMPLE(jsonTypeValue, names);
}
template <typename TClass, typename enable_if<!HasConverFunction<TClass>::has, int>::type = 0>
static inline bool Json2Object(TClass& aimObj, const Json::Value& jsonTypeValue)
{
return false;
}
成员变量匹配Key重命名
目前的实现均为将成员变量的名称作为JSON串中的Key名称，为灵活处理，再补充一个宏用于重新声明结构体成员变量中对应到JSON串中的key，例如：
struct DemoObjct
{
bool boolValue;
int intValue;
std::string strValue;
JSONCONVERT2OBJECT_MEMEBER_REGISTER(boolValue, intValue, strValue)
/*重新声明成员变量对应到JSON串的key，注意顺序一致*/
JSONCONVERT2OBJECT_MEMEBER_RENAME_REGISTER("bValue", "iValue", "sValue")
};
DemoObjct demoObj;
/*boolValue <--> bValue; intValue <--> iValue; ...*/
REQUIRE(Json2Object(demoObj, std::string("{\"bValue\":true, \"iValue\":1234, \"sValue\":\"demo object!\"}")));
REQUIRE(demoObj.boolValue == true);
REQUIRE(demoObj.intValue == 1234);
REQUIRE(demoObj.strValue == "demo object!");
Object2Json实现
上面提到为大多为实现Json2Object接口所提供的操作，从结构体对象转成Json也是类似的操作，这里就不再阐述，详细可参考源码。
亮点
- 简化C++对JSON数据的处理，屏蔽注意拆分处理JSON数据的操作；
- 提供简易接口，从结构体到JSON串、JSON串转结构体切换自如
源码
#include "json/json.h"
#include <string>
#include <vector>
#include <initializer_list>
#define JSONCONVERT2OBJECT_MEMEBER_REGISTER(...) \
bool JSONCONVERT2OBJECT_MEMEBER_REGISTER_RESERVERD_IMPLE(const Json::Value& jsonTypeValue, std::vector<std::string> &names) \
{ \
if(names.size() <= 0) { \
names = Member2KeyParseWithStr(#__VA_ARGS__); \
} \
return JsonParse(names, 0, jsonTypeValue, __VA_ARGS__); \
} \
bool OBJECTCONVERT2JSON_MEMEBER_REGISTER_RESERVERD_IMPLE(Json::Value& jsonTypeValue, std::vector<std::string> &names) const \
{ \
if(names.size() <= 0) { \
names = Member2KeyParseWithStr(#__VA_ARGS__); \
} \
return ParseJson(names, 0, jsonTypeValue, __VA_ARGS__); \
} \
#define JSONCONVERT2OBJECT_MEMEBER_RENAME_REGISTER(...) \
std::vector<std::string> JSONCONVERT2OBJECT_MEMEBER_RENAME_REGISTER_RESERVERD_IMPLE() const \
{ \
return Member2KeyParseWithMultiParam({ __VA_ARGS__ }); \
}
namespace JSON
{
template <bool, class TYPE = void>
struct enable_if
{
};
template <class TYPE>
struct enable_if<true, TYPE>
{
typedef TYPE type;
};
} //JSON
template <typename T>
struct HasConverFunction
{
template <typename TT>
static char func(decltype(&TT::JSONCONVERT2OBJECT_MEMEBER_REGISTER_RESERVERD_IMPLE)); //@1
template <typename TT>
static int func(...); //@2
const static bool has = (sizeof(func<T>(NULL)) == sizeof(char));
template <typename TT>
static char func2(decltype(&TT::JSONCONVERT2OBJECT_MEMEBER_RENAME_REGISTER_RESERVERD_IMPLE)); //@1
template <typename TT>
static int func2(...); //@2
const static bool has2 = (sizeof(func2<T>(NULL)) == sizeof(char));
};
static std::vector<std::string> Member2KeyParseWithMultiParam(std::initializer_list<std::string> il)
{
std::vector<std::string> result;
for (auto it = il.begin(); it != il.end(); it++) {
result.push_back(*it);
}
return result;
}
inline static std::string NormalStringTrim(std::string const& str)
{
static char const* whitespaceChars = "\n\r\t ";
std::string::size_type start = str.find_first_not_of(whitespaceChars);
std::string::size_type end = str.find_last_not_of(whitespaceChars);
return start != std::string::npos ? str.substr(start, 1 + end - start) : std::string();
}
inline static std::vector<std::string> NormalStringSplit(std::string str, char splitElem)
{
std::vector<std::string> strs;
std::string::size_type pos1, pos2;
pos2 = str.find(splitElem);
pos1 = 0;
while (std::string::npos != pos2) {
strs.push_back(str.substr(pos1, pos2 - pos1));
pos1 = pos2 + 1;
pos2 = str.find(splitElem, pos1);
}
strs.push_back(str.substr(pos1));
return strs;
}
static std::vector<std::string> Member2KeyParseWithStr(const std::string& values)
{
std::vector<std::string> result;
auto enumValues = NormalStringSplit(values, ',');
result.reserve(enumValues.size());
for (auto const& enumValue : enumValues) {
result.push_back(NormalStringTrim(enumValue));
}
return result;
}
//////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
static bool Json2Object(bool& aimObj, const Json::Value& jsonTypeValue)
{
if (jsonTypeValue.isNull() || !jsonTypeValue.isBool()) {
return false;
} else {
aimObj = jsonTypeValue.asBool();
return true;
}
}
static bool Object2Json(Json::Value& jsonTypeValue, const std::string& key, bool value)
{
jsonTypeValue[key] = value;
return true;
}
static bool Json2Object(int& aimObj, const Json::Value& jsonTypeValue)
{
if (jsonTypeValue.isNull() || !jsonTypeValue.isInt()) {
return false;
} else {
aimObj = jsonTypeValue.asInt();
return true;
}
}
static bool Object2Json(Json::Value& jsonTypeValue, const std::string& key, const int& value)
{
jsonTypeValue[key] = value;
return true;
}
static bool Json2Object(unsigned int& aimObj, const Json::Value& jsonTypeValue)
{
if (jsonTypeValue.isNull() || !jsonTypeValue.isUInt()) {
return false;
} else {
aimObj = jsonTypeValue.asUInt();
return true;
}
}
static bool Object2Json(Json::Value& jsonTypeValue, const std::string& key, const unsigned int& value)
{
jsonTypeValue[key] = value;
return true;
}
static bool Json2Object(double& aimObj, const Json::Value& jsonTypeValue)
{
if (jsonTypeValue.isNull() || !jsonTypeValue.isDouble()) {
return false;
} else {
aimObj = jsonTypeValue.asDouble();
return true;
}
}
static bool Object2Json(Json::Value& jsonTypeValue, const std::string& key, const double& value)
{
jsonTypeValue[key] = value;
return true;
}
static bool Json2Object(std::string& aimObj, const Json::Value& jsonTypeValue)
{
if (jsonTypeValue.isNull() || !jsonTypeValue.isString()) {
return false;
} else {
aimObj = jsonTypeValue.asString();
return true;
}
}
static bool Object2Json(Json::Value& jsonTypeValue, const std::string& key, const std::string& value)
{
jsonTypeValue[key] = value;
return true;
}
template <typename TClass, typename JSON::enable_if<HasConverFunction<TClass>::has2, int>::type = 0>
static inline std::vector<std::string> PreGetCustomMemberNameIfExists(const TClass& aimObj)
{
return aimObj.JSONCONVERT2OBJECT_MEMEBER_RENAME_REGISTER_RESERVERD_IMPLE();
}
template <typename TClass, typename JSON::enable_if<!HasConverFunction<TClass>::has2, int>::type = 0>
static inline std::vector<std::string> PreGetCustomMemberNameIfExists(const TClass& aimObj)
{
return std::vector<std::string>();
}
template <typename TClass, typename JSON::enable_if<HasConverFunction<TClass>::has, int>::type = 0>
static inline bool Json2Object(TClass& aimObj, const Json::Value& jsonTypeValue)
{
std::vector<std::string> names = PreGetCustomMemberNameIfExists(aimObj);
return aimObj.JSONCONVERT2OBJECT_MEMEBER_REGISTER_RESERVERD_IMPLE(jsonTypeValue, names);
}
template <typename TClass, typename JSON::enable_if<!HasConverFunction<TClass>::has, int>::type = 0>
static inline bool Json2Object(TClass& aimObj, const Json::Value& jsonTypeValue)
{
return false;
}
template <typename T>
static bool Json2Object(std::vector<T>& aimObj, const Json::Value& jsonTypeValue)
{
if (jsonTypeValue.isNull() || !jsonTypeValue.isArray()) {
return false;
} else {
aimObj.clear();
bool result(true);
for (int i = 0; i < jsonTypeValue.size(); ++i) {
T item;
if (!Json2Object(item, jsonTypeValue[i])) {
result = false;
}
aimObj.push_back(item);
}
return result;
}
}
template <typename T>
static bool JsonParse(const std::vector<std::string>& names, int index, const Json::Value& jsonTypeValue, T& arg)
{
const auto key = names[index];
if (!jsonTypeValue.isMember(key) || Json2Object(arg, jsonTypeValue[key])) {
return true;
} else {
return false;
}
}
template <typename T, typename... Args>
static bool JsonParse(const std::vector<std::string>& names, int index, const Json::Value& jsonTypeValue, T& arg, Args&... args)
{
if (!JsonParse(names, index, jsonTypeValue, arg)) {
return false;
} else {
return JsonParse(names, index + 1, jsonTypeValue, args...);
}
}
/** Provider interface*/
template<typename TClass>
bool Json2Object(TClass& aimObj, const std::string& jsonTypeStr)
{
Json::Reader reader;
Json::Value root;
if (!reader.parse(jsonTypeStr, root) || root.isNull()) {
return false;
}
return Json2Object(aimObj, root);
}
static bool GetJsonRootObject(Json::Value& root, const std::string& jsonTypeStr)
{
Json::Reader reader;
if (!reader.parse(jsonTypeStr, root)) {
return false;
}
return true;
}
////////////////////////////////////////////////////////////////////////
template <typename TClass, typename JSON::enable_if<HasConverFunction<TClass>::has, int>::type = 0>
static inline bool Object2Json(Json::Value& jsonTypeOutValue, const std::string& key, const TClass& objValue)
{
std::vector<std::string> names = PreGetCustomMemberNameIfExists(objValue);
if (key.empty()) {
return objValue.OBJECTCONVERT2JSON_MEMEBER_REGISTER_RESERVERD_IMPLE(jsonTypeOutValue, names);
} else {
Json::Value jsonTypeNewValue;
const bool result = objValue.OBJECTCONVERT2JSON_MEMEBER_REGISTER_RESERVERD_IMPLE(jsonTypeNewValue, names);
if (result) {
jsonTypeOutValue[key] = jsonTypeNewValue;
}
return result;
}
}
template <typename TClass, typename JSON::enable_if<!HasConverFunction<TClass>::has, int>::type = 0>
static inline bool Object2Json(Json::Value& jsonTypeOutValue, const std::string& key, const TClass& objValue)
{
return false;
}
template <typename T>
static bool Object2Json(Json::Value& jsonTypeOutValue, const std::string& key, const std::vector<T>& objValue)
{
bool result(true);
for (int i = 0; i < objValue.size(); ++i) {
Json::Value item;
if (!Object2Json(item, "", objValue[i])) {
result = false;
} else {
if (key.empty()) jsonTypeOutValue.append(item);
else jsonTypeOutValue[key].append(item);
}
}
return result;
}
template <typename T>
static bool ParseJson(const std::vector<std::string>& names, int index, Json::Value& jsonTypeValue, const T& arg)
{
if (names.size() > index) {
const std::string key = names[index];
return Object2Json(jsonTypeValue, key, arg);
} else {
return false;
}
}
template <typename T, typename... Args>
static bool ParseJson(const std::vector<std::string>& names, int index, Json::Value& jsonTypeValue, T& arg, Args&... args)
{
if (names.size() - (index + 0) != 1 + sizeof...(Args)) {
return false;
}
const std::string key = names[index];
Object2Json(jsonTypeValue, key, arg);
return ParseJson(names, index + 1, jsonTypeValue, args...);
}
/** Provider interface*/
template<typename T>
bool Object2Json(std::string& jsonTypeStr, const T& obj)
{
//std::function<Json::Value()>placehoder = [&]()->Json::Value { return Json::Value(); };
//auto func = [&](std::function<Json::Value()>f) { return f(); };
//Json::Value val = func(placehoder);
Json::StyledWriter writer;
Json::Value root;
const bool result = Object2Json(root, "", obj);
if (result) {
jsonTypeStr = writer.write(root);
}
return result;
}
参考文档
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