C#实现JSON解析器MojoUnityJson功能(简单且高效)

MojoUnityJson 是使用C#实现的JSON解析器 ,算法思路来自于游戏引擎Mojoc的C语言实现 Json.h 。借助C#的类库,可以比C的实现更加的简单和全面,尤其是处理Unicode Code(\u开头)字符的解析,C#的StringBuilder本身就支持了UnicodeCodePoint。

MojoUnityJson使用递归下降的解析模式,核心解析代码只有450行(去掉空行可能只有300多行),支持标准的JSON格式。算法实现力求简洁明了,用最直接最快速的方法达到目的,没有复杂的概念和模式。除了解析JSON,还提供了一组方便直观的API来访问JSON数据,整体实现只有一个文件,仅依赖 System.Collections.Generic System.Text System 三个命名空间,MojoUnityJson可以很容易的嵌入到其它项目里使用。

本文主要介绍一下,超级简单又高效,并且看一眼就完全明白的解析算法,几乎可以原封不动的复制粘贴成其它语言版本的实现。

保存上下文信息

使用一个简单的结构体,用来在解析的过程中,传递一些上下文数据。

private struct Data
{
 // 需要解析的JSON字符串
 public string  json;
 // 当前JSON字符串解析的位置索引
 public int   index;
 // 缓存一个StringBuilder,用来抠出JSON的一段字符。
 public StringBuilder sb;
 public Data(string json, int index)
 {
  this.json = json;
  this.index = index;
  this.sb = new StringBuilder();
 }
}

抽象JSON的值

我们把JSON的值抽象成以下几个类型:

public enum JsonType
 {
  Object,
  Array,
  String,
  Number,
  Bool,
  Null,
 }

整体解析步骤

// 解析 JsonValue
private static JsonValue ParseValue(ref Data data);
// 解析 JsonObject
private static JsonValue ParseObject(ref Data data);
// 解析 JsonArray
private static JsonValue ParseArray(ref Data data);
// 解析 string
private static JsonValue ParseString(ref Data data);
// 解析 number
private static JsonValue ParseNumber(ref Data data)

这就是全部的解析流程,在ParseValue中会根据字符判断类型,分别调用下面几个不同的解析函数。JsonValue就对应一个JSON的值,它有一个JsonType代表了这个值的类型。这是一个递归的过程,在ParseValue,ParseObject和ParseArray过程中,会递归的调用ParseValue。JSON一定是始于一个,Object或Array,当这个最顶层的值解析完毕的时候,整个JSON也就解析完成了。

解析空白字符

解析过程中,会有很多为了格式化存在的空白字符,需要剔除这些,才能获得有信息的字符,这是一个重复的过程,需要一个函数统一处理。

private static void SkipWhiteSpace(ref Data data)
{
 while (true)
 {
  switch (data.json[data.index])
  {
   case ' ' :
   case '\t':
   case '\n':
   case '\r':
    data.index++; // 每次消耗一个字符,就向后推进JSON的索引
    continue;
  }
  break;
 }
}

解析JsonValue

private static JsonValue ParseValue(ref Data data)
{
 // 跳过空白字符
 SkipWhiteSpace(ref data);
 var c = data.json[data.index];
 switch (c)
 {
  case '{': 
   // 表示Object
   return ParseObject(ref data);
  case '[':
   // 表示Array
   return ParseArray (ref data);
  case '"':
   // 表示string
   return ParseString(ref data);
  case '0':
  case '1':
  case '2':
  case '3':
  case '4':
  case '5':
  case '6':
  case '7':
  case '8':
  case '9':
  case '-':
   // 表示数值
   return ParseNumber(ref data);
  case 'f': // 表示可能是false
   if 
    (
     data.json[data.index + 1] == 'a' && 
     data.json[data.index + 2] == 'l' &&
     data.json[data.index + 3] == 's' &&
     data.json[data.index + 4] == 'e'
    )
   {
    data.index += 5;
    // 表示是false
    return new JsonValue(JsonType.Bool, false);
   }
   break;
  case 't': // 表示可能是true
   if 
    (
     data.json[data.index + 1] == 'r' && 
     data.json[data.index + 2] == 'u' &&
     data.json[data.index + 3] == 'e'
    )
   {
    data.index += 4;
    // 表示是true
    return new JsonValue(JsonType.Bool, true);
   }
   break;
  case 'n': // 表示可能是null
   if 
    (
     data.json[data.index + 1] == 'u' && 
     data.json[data.index + 2] == 'l' &&
     data.json[data.index + 3] == 'l'
    )
   {
    data.index += 4;
    // 表示可能是null
    return new JsonValue(JsonType.Null, null);
   }
   break;
 }
 // 不能处理了
 throw new Exception(string.Format("Json ParseValue error on char '{0}' index in '{1}' ", c, data.index));
}
  • ParseValue是解析的主入口,代表着解析JsonValue这个抽象的JSON值,其真实的类型在解析的过程中逐渐具体化。
  • 在剥离掉空白字符之后,就可以很容易的通过单个字符,就判断出其可能的数值类型,而不需要向前或向后检索。
  • true,false,null 这几个固定的类型,直接就处理掉了,而其它稍微复杂的类型需要使用函数来处理。
  • 这里没有使用if else,而是大量使用了case,是为了提高效率,减少判断次数。

解析JsonObject

private static JsonValue ParseObject(ref Data data)
{
 // Object 对应 C#的Dictionary
 var jsonObject = new Dictionary<string, JsonValue>(JsonObjectInitCapacity);
 // skip '{'
 data.index++;
 do
 {
  // 跳过空白字符
  SkipWhiteSpace(ref data);
  if (data.json[data.index] == '}')
  {
   // 空的Object, "{}"
   break;
  }
  DebugTool.Assert
  (
   data.json[data.index] == '"', 
   "Json ParseObject error, char '{0}' should be '\"' ", 
   data.json[data.index]
  );
  // skip '"'
  data.index++;
  var start = data.index;
  // 解析Object的key值
  while (true)
  {
   var c = data.json[data.index++];
   switch (c)
   {
    case '"':
     // check end '"'
     break;
    case '\\':
     // skip escaped quotes
     data.index++;
     continue;
    default:
     continue;
   }
   // already skip the end '"'
   break;
  }
  // get object key string
  // 扣出key字符串
  var key = data.json.Substring(start, data.index - start - 1);
  // 跳过空白
  SkipWhiteSpace(ref data);
  DebugTool.Assert
  (
   data.json[data.index] == ':', 
   "Json ParseObject error, after key = {0}, char '{1}' should be ':' ", 
   key,
   data.json[data.index]
  );
  // skip ':'
  data.index++;
  // set JsonObject key and value
  // 递归的调用ParseValue获得Object的value值
  jsonObject.Add(key, ParseValue(ref data));
  // 跳过空白
  SkipWhiteSpace(ref data);
  if (data.json[data.index] == ',')
  {
   // Object的下一对KV
   data.index++ ;     
  }
  else
  {
   // 跳过空白
   SkipWhiteSpace(ref data);
   DebugTool.Assert
   (
    data.json[data.index] == '}', 
    "Json ParseObject error, after key = {0}, char '{1}' should be '{2}' ",
    key,
    data.json[data.index],
    '}'
   );
   break;
  }
 }
 while (true);
 // skip '}' and return after '}'
 data.index++;
 return new JsonValue(JsonType.Object, jsonObject);
}

JsonObject类型就简单的对应C#的Dictionary,value是JsonValue类型。当解析完成后,value的类型就是确定的了。

JsonValue是递归的调用ParseValue来处理的,其类型可能是JsonType枚举的任意类型。

解析JsonArray

private static JsonValue ParseArray(ref Data data)
{
 // JsonArray 对应 List
 var jsonArray = new List<JsonValue>(JsonArrayInitCapacity);
 // skip '['
 data.index++;
 do
 {
  // 跳过空白
  SkipWhiteSpace(ref data);
  if (data.json[data.index] == ']')
  {
   // 空 "[]"
   break;
  }
  // add JsonArray item 
  // 递归处理List每个元素
  jsonArray.Add(ParseValue(ref data));
  // 跳过空白
  SkipWhiteSpace(ref data);
  if (data.json[data.index] == ',')
  {
   // 解析下一个元素
   data.index++;
  }
  else
  {
   // 跳过空白
   SkipWhiteSpace(ref data);
   DebugTool.Assert
   (
    data.json[data.index] == ']', 
    "Json ParseArray error, char '{0}' should be ']' ", 
    data.json[data.index]
   );
   break;
  }
 }
 while (true);
 // skip ']'
 data.index++;
 return new JsonValue(JsonType.Array, jsonArray);
}

JsonArray类型就简单的对应C#的List,element是JsonValue类型。当解析完成后,element的类型就是确定的了。

JsonValue是递归的调用ParseValue来处理的,其类型可能是JsonType枚举的任意类型。

解析string

private static JsonValue ParseString(ref Data data)
{
 // skip '"'
 data.index++;
 var start = data.index;
 string str;
 // 处理字符串
 while (true)
 {
  switch (data.json[data.index++])
  {
   case '"': // 字符串结束
    // check end '"'      
    if (data.sb.Length == 0)
    {
     // 没有使用StringBuilder,直接抠出字符串
     str = data.json.Substring(start, data.index - start - 1);
    }
    else
    {
     // 有特殊字符在StringBuilder
     str = data.sb.Append(data.json, start, data.index - start - 1).ToString();
     // clear for next string
     // 清空字符,供下次使用
     data.sb.Length = 0;
    }
    break;
   case '\\':
    {
     // check escaped char
     var escapedIndex = data.index;
     char c;
     // 处理各种转义字符
     switch (data.json[data.index++])
     {
      case '"':
       c = '"';
       break;
      case '\'':
       c = '\'';
       break;
      case '\\':
       c = '\\';
       break;
      case '/':
       c = '/';
       break;
      case 'n':
       c = '\n';
       break;
      case 'r':
       c = '\r';
       break;
      case 't':
       c = '\t';
       break;
      case 'u':
       // 计算unicode字符的码点
       c = GetUnicodeCodePoint
        (
         data.json[data.index], 
         data.json[data.index + 1], 
         data.json[data.index + 2], 
         data.json[data.index + 3]
        );
       // skip code point
       data.index += 4;
       break;
      default:
       // not support just add in pre string
       continue;
     }
     // add pre string and escaped char
     // 特殊处理的字符和正常的字符,一起放入StringBuilder
     data.sb.Append(data.json, start, escapedIndex - start - 1).Append(c);
     // update pre string start index
     start = data.index;
     continue;
    }
   default:
    continue;
  }
  // already skip the end '"'
  break;
 }
 return new JsonValue(JsonType.String, str);
}

处理字符串麻烦的地方在于,转义字符需要特殊处理,都这转义字符就会直接显示而不能展示特殊的作用。好在StringBuilder功能非常强大,提供处理各种情况的接口。

解析Unicode字符

在JSON中,Unicode字符是以\u开头跟随4个码点组成的转义字符。码点在StringBuilder的Append重载函数中是直接支持的。所以,我们只要把\u后面的4个字符,转换成码点传递给Append就可以了。

/// <summary>
/// Get the unicode code point.
/// </summary>
private static char GetUnicodeCodePoint(char c1, char c2, char c3, char c4)
{
 // 把\u后面的4个char转换成码点,注意这里需要是char类型,才能被Append正确处理。
 // 4个char转换为int后,映射到16进制的高位到低位,然后相加得到码点。
 return (char)
   (
    UnicodeCharToInt(c1) * 0x1000 +
    UnicodeCharToInt(c2) * 0x100 +
    UnicodeCharToInt(c3) * 0x10 +
    UnicodeCharToInt(c4)
   );
}
/// <summary>
/// Single unicode char convert to int.
/// </summary>
private static int UnicodeCharToInt(char c)
{
 // 使用switch case 减少 if else 的判断
 switch (c)
 {
  case '0':
  case '1':
  case '2':
  case '3':
  case '4':
  case '5':
  case '6':
  case '7':
  case '8':
  case '9':
   return c - '0';
  case 'a':
  case 'b':
  case 'c':
  case 'd':
  case 'e':
  case 'f':
   return c - 'a' + 10;
  case 'A':
  case 'B':
  case 'C':
  case 'D':
  case 'E':
  case 'F':
   return c - 'A' + 10;
 }
 throw new Exception(string.Format("Json Unicode char '{0}' error", c));
}

解析number

private static JsonValue ParseNumber(ref Data data)
{
 var start = data.index;
 // 收集数值字符
 while (true)
 {
  switch (data.json[++data.index])
  {
   case '0':
   case '1':
   case '2':
   case '3':
   case '4':
   case '5':
   case '6':
   case '7':
   case '8':
   case '9':
   case '-':
   case '+':
   case '.':
   case 'e':
   case 'E':
    continue;
  }
  break;
 }
 // 抠出数值字符串
 var strNum = data.json.Substring(start, data.index - start);
 float num;
 // 当成float处理,当然也可以用double
 if (float.TryParse(strNum, out num))
 {
  return new JsonValue(JsonType.Number, num);
 }
 else
 {
  throw new Exception(string.Format("Json ParseNumber error, can not parse string [{0}]", strNum));
 }
}

如何使用

只有一句话,把Json字符串解析成JsonValue对象,然后JsonValue对象包含了所有的数值。

var jsonValue = MojoUnity.Json.Parse(jsonString);
JsonValue的访问API
// JsonValue 当做 string
public string AsString();
// JsonValue 当做 float
public float AsFloat();
// JsonValue 当做 int
public float AsInt();
// JsonValue 当做 bool
public float AsBool();
// JsonValue 当做 null
public float IsNull();
// JsonValue 当做 Dictionary
public Dictionary<string, JsonValue> AsObject();
// JsonValue 当做 Dictionary 并根据 key 获取 value 当做JsonValue 
public JsonValue AsObjectGet(string key);
// JsonValue 当做 Dictionary 并根据 key 获取 value 当做 Dictionary
public Dictionary<string, JsonValue> AsObjectGetObject(string key);
// JsonValue 当做 Dictionary 并根据 key 获取 value 当做 List
public List<JsonValue> AsObjectGetArray(string key);
// JsonValue 当做 Dictionary 并根据 key 获取 value 当做 string
public string AsObjectGetString(string key);
// JsonValue 当做 Dictionary 并根据 key 获取 value 当做 float
public float AsObjectGetFloat(string key);
// JsonValue 当做 Dictionary 并根据 key 获取 value 当做 int
public int AsObjectGetInt(string key);
// JsonValue 当做 Dictionary 并根据 key 获取 value 当做 bool
public bool AsObjectGetBool(string key);
// JsonValue 当做 Dictionary 并根据 key 获取 value 当做 null 
public bool AsObjectGetIsNull(string key);
// JsonValue 当做 List
public List<JsonValue> AsArray();
// JsonValue 当做 List 并获取 index 的 value 当做 JsonValue
public JsonValue AsArrayGet(int index);
// JsonValue 当做 List 并获取 index 的 value 当做 Dictionary
public Dictionary<string, JsonValue> AsArrayGetObject(int index);
// JsonValue 当做 List 并获取 index 的 value 当做 List
public List<JsonValue> AsArrayGetArray(int index);
// JsonValue 当做 List 并获取 index 的 value 当做 string
public string AsArrayGetString(int index);
// JsonValue 当做 List 并获取 index 的 value 当做 float
public float AsArrayGetFloat(int index);
// JsonValue 当做 List 并获取 index 的 value 当做 int
public int AsArrayGetInt(int index);
// JsonValue 当做 List 并获取 index 的 value 当做 bool
public bool AsArrayGetBool(int index);
// JsonValue 当做 List 并获取 index 的 value 当做 null
public bool AsArrayGetIsNull(int index);

最后

MojoUnityJson 目的就是完成简单而单一的JSON字符串解析功能,能够读取JSON的数据就是最重要的功能。在网上也了解了一些开源的C#实现的JSON库,不是功能太多太丰富,就是实现有些繁琐了,于是就手动实现了MojoUnityJson。

总结

以上所述是小编给大家介绍的C#实现JSON解析器MojoUnityJson,希望对大家有所帮助,如果大家有任何疑问请给我留言,小编会及时回复大家的。在此也非常感谢大家对编程小技巧网站的支持!

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