OS-程序與執行緒

阿新 • • 發佈：2020-07-19

一、JSON格式介紹

JSON(JavaScript Object Notation) 是一種輕量級的資料交換格式。相對於另一種資料交換格式 XML，JSON 有著很多優點。例如易讀性更好，佔用空間更少等。在 web 應用開發領域內，得益於 JavaScript 對 JSON 提供的良好支援，JSON 要比 XML 更受開發人員青睞。所以作為開發人員，如果有興趣的話，還是應該深入瞭解一下 JSON 相關的知識。本著探究 JSON 原理的目的，我將會在這篇文章中詳細向大家介紹一個簡單的JSON解析器的解析流程和實現細節。由於 JSON 本身比較簡單，解析起來也並不複雜。所以如果大家感興趣的話，在看完本文後，不妨自己動手實現一個 JSON 解析器。好了，其他的話就不多說了，接下來讓我們移步到重點章節吧。

線上JOSN校驗格式化工具如果在解析字串的時候，拿不準這個是不是正確的JOSN，你可以在這個上面測試一下，有利於對自己程式碼的測試

二、解析原理介紹

解析物件{}
- 物件結構是{"Key":[值]}的格式，所以先解析到Key字串，將Key解析出來，然後在解析到值，因為值有可能是【字串、值型別、布林型別、物件、陣列、null】所以需要根據字首得到型別，並呼叫相應的解析方法，迴圈解析到“}”物件結尾
解析陣列[]
- 物件的結構是[[值],[值]]，因為值有可能是【字串、值型別、布林型別、物件、陣列、null】所以需要根據字首得到型別，並呼叫相應的解析方法，迴圈解析到]
  
  陣列結尾
解析字串
- 迴圈解析，需要判斷是否遇到轉義符\如果遇到，當前字元的下一個字元將是作為普通字元存入結果，如果遇到非轉義的 " 字元則退出字串讀取方法，並返回結果
解析值型別
- 迴圈拉取[0-9]包括.符號，然後呼叫轉換成double型別方法
解析布林型別
- 轉判斷是 true 還是 false
解析null
- 轉判斷是否為 null

解析元素流程圖

解析方法列表

方法名	方法作用
`AnalysisJson`	解析JSON字串為C#資料結構
`AnalysisJsonObject`	解析JSON字串為物件結構
`AnalysisJsonArray`	解析JSON字串為陣列結構
`ReadElement`	讀取出一個JSON結構
`ReadJsonNumber`	讀取出一個值型別結構
`ReadJsonNull`	讀取出一個`null`結構
`ReadJsonFalse`	讀取出一個`false`結構
`ReadJsonTrue`	讀取出一個`true`結構
`ReadString`	讀取出一個字串結構
`ReadToNonBlankIndex`	讀取到非空白字元下標位置

例1 解析JSON

{"Name":"張三","Age":18}

1.解析第一個字元{發現是JSON物件結構，呼叫AnalysisJsonObject方法來解析JSON物件格式
2.解析物件的方法開始迴圈解析 Key-Value結構直到}物件尾部字元
- 先解析Key結構呼叫 ReadString來進行解析出Key字串從而得到Name這個值
- 然後解析Value因為值可能是任意結構所以呼叫ReadElement來解析出一個JSON結構
  - 讀取第一個字元得到"從而知道這個Value是一個字串，呼叫方法ReadString來讀取到這個Value的值張三
- 讀取下一個字元發現不是JSON物件的結尾字元}是,字元代表下面還存在一個Key-Value結構，繼續讀取
- 先解析Key結構呼叫 ReadString來進行解析出Key字串從而得到Age這個值
- 然後解析Value因為值可能是任意結構所以呼叫ReadElement來解析出一個JSON結構
  - 讀取第一個字元發現是1是數字，代表下面的這個結構是數值型別呼叫方法ReadJsonNumber來讀取數值型別
- 讀取下一個字元發現是}是JSON物件的結尾字元，退出JSON物件解析，返回解析的JSON物件結構例項

例2 解析JSON

[{"科目":"語文","成績":99}]

1.解析第一個字元[發現是JSON陣列結構，呼叫方法AnalysisJsonArray方法來解析出JSON陣列結構
- 解析迴圈解析JSON資料結構直到遇到]陣列結構結尾字元
  - 因為陣列中每個元素都是可能是任意型別資料，所以呼叫ReadElement方法來解析值
  - 讀取值的第一個字元{發現是JSON物件型別呼叫AnalysisJsonObject方法解析JSON物件
    - 先解析Key結構呼叫 ReadString來進行解析出Key字串從而得到科目這個值
    - 然後解析Value因為值可能是任意結構所以呼叫ReadElement來解析出一個JSON結構
      - 讀取第一個字元得到"從而知道這個Value是一個字串，呼叫方法ReadString來讀取到這個Value的值語文
    - 讀取下一個字元發現不是JSON物件的結尾字元}是,字元代表下面還存在一個Key-Value結構，繼續讀取
    - 先解析Key結構呼叫 ReadString來進行解析出Key字串從而得到成績這個值
    - 然後解析Value因為值可能是任意結構所以呼叫ReadElement來解析出一個JSON結構
      - 讀取第一個字元發現是9是數字，代表下面的這個結構是數值型別呼叫方法ReadJsonNumber來讀取數值型別
    - 讀取下一個字元發現是}是JSON物件的結尾字元，退出JSON物件解析，返回解析的JSON物件結構例項
  - 讀取下一個字元發現是]JSON陣列的結尾，退出解析JSON陣列，返回解析的JSON陣列結構例項

三、程式碼實現

    /// <summary>
    /// JSON解析型別
    /// </summary>
    public static class JsonConvert
    {
        /// <summary>
        /// 解析JSON
        /// </summary>
        /// <param name="text">待解析的JSON字串</param>
        /// <returns>解析完成的JSON結構物件</returns>
        public static JsonElement AnalysisJson(string text)
        {
            var index = 0;
            //讀取到非空白字元
            ReadToNonBlankIndex(text, ref index);
            if (text[index++] == '[')
                //解析陣列
                return AnalysisJsonArray(text, ref index);
            //解析物件
            return AnalysisJsonObject(text, ref index);
        }

        /// <summary>
        /// 解析JSON物件
        /// </summary>
        /// <param name="text">JSON字串</param>
        /// <param name="index">開始索引位置</param>
        /// <returns>JSON物件</returns>
        private static JsonObject AnalysisJsonObject(string text, ref int index)
        {
            var jsonArray = new JsonObject();
            do
            {
                ReadToNonBlankIndex(text, ref index);
                if (text[index] != '"') throw new JsonAnalysisException($"不能識別的字元“{text[index]}”！應為“\"”",index);
                index++;
                //讀取字串
                var name = ReadString(text, ref index);
                ReadToNonBlankIndex(text, ref index);
                if (text[index] != ':') throw new JsonAnalysisException($"不能識別的字元“{text[index]}”！",index);
                index++;
                ReadToNonBlankIndex(text, ref index);
                if (jsonArray.ContainsKey(name)) throw new JsonAnalysisException($"已經新增鍵值：“{name}”",index);
                //讀取下一個Element
                jsonArray.Add(name, ReadElement(text, ref index));
                //讀取到非空白字元
                ReadToNonBlankIndex(text, ref index);
            } while (text[index++] != '}');

            return jsonArray;
        }

        /// <summary>
        /// 解析JSON陣列
        /// </summary>
        /// <param name="text">JSON字串</param>
        /// <param name="index">開始索引位置</param>
        /// <returns>JSON陣列</returns>
        private static JsonArray AnalysisJsonArray(string text, ref int index)
        {
            var jsonArray = new JsonArray();
            do
            {
                ReadToNonBlankIndex(text, ref index);
                //讀取下一個Element
                jsonArray.Add(ReadElement(text, ref index));
                //讀取到非空白字元
                ReadToNonBlankIndex(text, ref index);
            } while (text[index++] != ']');

            return jsonArray;
        }

        /// <summary>
        /// 讀取JSONElement
        /// </summary>
        /// <param name="text">字串</param>
        /// <param name="index">開始下標</param>
        /// <returns>下一個Element</returns>
        private static JsonElement ReadElement(string text, ref int index)
        {
            switch (text[index++])
            {
                case '[':
                    return AnalysisJsonArray(text, ref index);
                case '{':
                    return AnalysisJsonObject(text, ref index);
                case '"':
                    return new JsonString(ReadString(text, ref index));
                case 't':
                    return ReadJsonTrue(text, ref index);
                case 'f':
                    return ReadJsonFalse(text, ref index);
                case 'n':
                    return ReadJsonNull(text, ref index);
                case '0':
                case '1':
                case '2':
                case '3':
                case '4':
                case '5':
                case '6':
                case '7':
                case '8':
                case '9':
                    return ReadJsonNumber(text, ref index);
                default:
                    throw new JsonAnalysisException($"未知Element“{text[index]}”應該為【[、{{、\"、true、false、null】", index);
            }
        }

        /// <summary>
        /// 讀取值型別
        /// </summary>
        /// <param name="text">JSON字串</param>
        /// <param name="index">開始索引</param>
        /// <returns>JSON數值型別</returns>
        private static JsonNumber ReadJsonNumber(string text, ref int index)
        {
            var i = index;
            while (i < text.Length && char.IsNumber(text[i]) || text[i] == '.') i++;
            if (double.TryParse(text.Substring(index - 1, i - index + 1), out var value))
            {
                index = i;
                return new JsonNumber(value);
            }

            throw new JsonAnalysisException("不能識別的數字型別！", i);
        }

        /// <summary>
        /// 讀取NULL
        /// </summary>
        /// <param name="text">JSON字串</param>
        /// <param name="index">開始索引</param>
        /// <returns>讀取NULL</returns>
        private static JsonNull ReadJsonNull(string text, ref int index)
        {
            if (text[index++] == 'u' &&
                text[index++] == 'l' &&
                text[index++] == 'l')
            {
                return new JsonNull();
            }

            throw new JsonAnalysisException("讀取null出錯！", index);
        }

        /// <summary>
        /// 讀取FALSE
        /// </summary>
        /// <param name="text">JSON字串</param>
        /// <param name="index">開始索引</param>
        /// <returns>布林值-假</returns>
        private static JsonBoolean ReadJsonFalse(string text, ref int index)
        {
            if (text[index++] == 'a' &&
                text[index++] == 'l' &&
                text[index++] == 's' &&
                text[index++] == 'e')
            {
                return new JsonBoolean(false);
            }

            throw new JsonAnalysisException("讀取布林值出錯！", index);
        }

        /// <summary>
        /// 讀取TRUE
        /// </summary>
        /// <param name="text">JSON字串</param>
        /// <param name="index">開始索引</param>
        /// <returns>布林值-真</returns>
        private static JsonBoolean ReadJsonTrue(string text, ref int index)
        {
            if (text[index++] == 'r' &&
                text[index++] == 'u' &&
                text[index++] == 'e')
            {
                return new JsonBoolean(true);
            }
            throw new JsonAnalysisException("讀取布林值出錯！",index);
        }

        /// <summary>
        /// 讀取字串
        /// </summary>
        /// <param name="text">JSON字串</param>
        /// <param name="index">開始索引</param>
        /// <returns>字串值</returns>
        private static string ReadString(string text, ref int index)
        {
            //是否處於轉義狀態
            var value = new StringBuilder();
            while (index < text.Length)
            {
                var c = text[index++];
                if (c == '\\')
                {
                    value.Append('\\');
                    if (index >= text.Length)
                        throw new JsonAnalysisException("未知的結尾！",index);
                    c = text[index++];
                    value.Append(c);
                    if (c == 'u')
                    {
                        for (int i = 0; i < 4; i++)
                        {
                            c = text[index++];
                            if (IsHex(c))
                            {
                                value.Append(c);
                            }
                            else
                            {
                                throw new JsonAnalysisException("不是有效的Unicode字元！",index);
                            }
                        }
                    }
                }
                else if (c == '"')
                {
                    break;
                }
                else if (c == '\r' || c == '\n')
                {
                    throw new JsonAnalysisException("傳入的JSON字串內容中不允許有換行！",index);
                }
                else
                {
                    value.Append(c);
                }
            }

            return value.ToString();
        }

        /// <summary>
        /// 判斷是否為16進位制字元
        /// </summary>
        private static bool IsHex(char c)
        {
            return c >= '0' && c <= '9' || c >= 'a' && c <= 'z' || c >= 'A' && c <= 'Z';
        }

        /// <summary>
        /// 讀取到非空白字元
        /// </summary>
        /// <param name="text">字串</param>
        /// <param name="index">開始下標</param>
        /// <returns>非空白字元下標</returns>
        private static void ReadToNonBlankIndex(string text, ref int index)
        {
            while (index < text.Length && char.IsWhiteSpace(text[index])) index++;
        }
    }

完整DEMO程式碼下載

Github專案地址（會持續更新）：DEMO程式碼

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OS-程序與執行緒

一、JSON格式介紹

二、解析原理介紹

解析元素流程圖

解析方法列表

例1 解析JSON

例2 解析JSON

三、程式碼實現

完整DEMO程式碼下載

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