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：
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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
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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：
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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：
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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：
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/*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。
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/*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。
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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
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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
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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。
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#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：
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struct DemoObjct { bool boolValue; int intValue; std::string strValue; JSONCONVERT2OBJECT_MEMEBER_REGISTER(boolValue, intValue, strValue) }; |
等同于：
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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。
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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：
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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
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#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;};} //JSONtemplate <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
- C++类结构体与json相互转换
- C++ 轻量级对象JSON序列化实现
总结
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