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服務器之家 - 編程語言 - C# - C#實現JSON解析器MojoUnityJson功能(簡單且高效)

C#實現JSON解析器MojoUnityJson功能(簡單且高效)

2022-02-19 15:34scottcgi C#

MojoUnityJson 是使用C#實現的JSON解析器 ，算法思路來自于游戲引擎Mojoc的C語言實現 Json.h。這篇文章主要介紹了C#實現JSON解析器MojoUnityJson的方法，需要的朋友可以參考下

MojoUnityJson 是使用C#實現的JSON解析器 ，算法思路來自于游戲引擎Mojoc的C語言實現 Json.h 。借助C#的類庫，可以比C的實現更加的簡單和全面，尤其是處理Unicode Code(\u開頭)字符的解析，C#的StringBuilder本身就支持了UnicodeCodePoint。

MojoUnityJson使用遞歸下降的解析模式，核心解析代碼只有450行（去掉空行可能只有300多行），支持標準的JSON格式。算法實現力求簡潔明了，用最直接最快速的方法達到目的，沒有復雜的概念和模式。除了解析JSON，還提供了一組方便直觀的API來訪問JSON數據，整體實現只有一個文件，僅依賴 System.Collections.Generic ， System.Text ， System 三個命名空間，MojoUnityJson可以很容易的嵌入到其它項目里使用。

本文主要介紹一下，超級簡單又高效，并且看一眼就完全明白的解析算法，幾乎可以原封不動的復制粘貼成其它語言版本的實現。

保存上下文信息

使用一個簡單的結構體，用來在解析的過程中，傳遞一些上下文數據。

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private struct Data
{
 // 需要解析的JSON字符串
 public string  json;
 // 當前JSON字符串解析的位置索引
 public int   index;
 // 緩存一個StringBuilder，用來摳出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

我們把JSON的值抽象成以下幾個類型：

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

整體解析步驟

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// 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)

這就是全部的解析流程，在ParseValue中會根據字符判斷類型，分別調用下面幾個不同的解析函數。JsonValue就對應一個JSON的值，它有一個JsonType代表了這個值的類型。這是一個遞歸的過程，在ParseValue，ParseObject和ParseArray過程中，會遞歸的調用ParseValue。JSON一定是始于一個，Object或Array，當這個最頂層的值解析完畢的時候，整個JSON也就解析完成了。

解析空白字符

解析過程中，會有很多為了格式化存在的空白字符，需要剔除這些，才能獲得有信息的字符，這是一個重復的過程，需要一個函數統一處理。

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private static void SkipWhiteSpace(ref Data data)
{
 while (true)
 {
  switch (data.json[data.index])
  {
   case ' ' :
   case '\t':
   case '\n':
   case '\r':
    data.index++; // 每次消耗一個字符，就向后推進JSON的索引
    continue;
  }
  break;
 }
}

解析JsonValue

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private static JsonValue ParseValue(ref Data data)
{
 // 跳過空白字符
 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 '-':
   // 表示數值
   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;
 }
 // 不能處理了
 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，代表著解析JsonValue這個抽象的JSON值，其真實的類型在解析的過程中逐漸具體化。
  • 在剝離掉空白字符之后，就可以很容易的通過單個字符，就判斷出其可能的數值類型，而不需要向前或向后檢索。
  • true，false，null 這幾個固定的類型，直接就處理掉了，而其它稍微復雜的類型需要使用函數來處理。
  • 這里沒有使用if else，而是大量使用了case，是為了提高效率，減少判斷次數。

解析JsonObject

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private static JsonValue ParseObject(ref Data data)
{
 // Object 對應 C#的Dictionary
 var jsonObject = new Dictionary<string, JsonValue>(JsonObjectInitCapacity);
 // skip '{'
 data.index++;
 do
 {
  // 跳過空白字符
  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);
  // 跳過空白
  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
  // 遞歸的調用ParseValue獲得Object的value值
  jsonObject.Add(key, ParseValue(ref data));
  // 跳過空白
  SkipWhiteSpace(ref data);
  if (data.json[data.index] == ',')
  {
   // Object的下一對KV
   data.index++ ;    
  }
  else
  {
   // 跳過空白
   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類型就簡單的對應C#的Dictionary，value是JsonValue類型。當解析完成后，value的類型就是確定的了。

JsonValue是遞歸的調用ParseValue來處理的，其類型可能是JsonType枚舉的任意類型。

解析JsonArray

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private static JsonValue ParseArray(ref Data data)
{
 // JsonArray 對應 List
 var jsonArray = new List<JsonValue>(JsonArrayInitCapacity);
 // skip '['
 data.index++;
 do
 {
  // 跳過空白
  SkipWhiteSpace(ref data);
  if (data.json[data.index] == ']')
  {
   // 空 "[]"
   break;
  }
  // add JsonArray item
  // 遞歸處理List每個元素
  jsonArray.Add(ParseValue(ref data));
  // 跳過空白
  SkipWhiteSpace(ref data);
  if (data.json[data.index] == ',')
  {
   // 解析下一個元素
   data.index++;
  }
  else
  {
   // 跳過空白
   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類型就簡單的對應C#的List，element是JsonValue類型。當解析完成后，element的類型就是確定的了。

JsonValue是遞歸的調用ParseValue來處理的，其類型可能是JsonType枚舉的任意類型。

解析string

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private static JsonValue ParseString(ref Data data)
{
 // skip '"'
 data.index++;
 var start = data.index;
 string str;
 // 處理字符串
 while (true)
 {
  switch (data.json[data.index++])
  {
   case '"': // 字符串結束
    // check end '"'     
    if (data.sb.Length == 0)
    {
     // 沒有使用StringBuilder，直接摳出字符串
     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;
     // 處理各種轉義字符
     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':
       // 計算unicode字符的碼點
       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
     // 特殊處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);
}

處理字符串麻煩的地方在于，轉義字符需要特殊處理，都這轉義字符就會直接顯示而不能展示特殊的作用。好在StringBuilder功能非常強大，提供處理各種情況的接口。

解析Unicode字符

在JSON中，Unicode字符是以\u開頭跟隨4個碼點組成的轉義字符。碼點在StringBuilder的Append重載函數中是直接支持的。所以，我們只要把\u后面的4個字符，轉換成碼點傳遞給Append就可以了。

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/// <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個char轉換成碼點，注意這里需要是char類型，才能被Append正確處理。
 // 4個char轉換為int后，映射到16進制的高位到低位，然后相加得到碼點。
 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 減少 if else 的判斷
 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

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private static JsonValue ParseNumber(ref Data data)
{
 var start = data.index;
 // 收集數值字符
 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;
 }
 // 摳出數值字符串
 var strNum = data.json.Substring(start, data.index - start);
 float num;
 // 當成float處理，當然也可以用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

只有一句話，把Json字符串解析成JsonValue對象，然后JsonValue對象包含了所有的數值。

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

最后

MojoUnityJson 目的就是完成簡單而單一的JSON字符串解析功能，能夠讀取JSON的數據就是最重要的功能。在網上也了解了一些開源的C#實現的JSON庫，不是功能太多太豐富，就是實現有些繁瑣了，于是就手動實現了MojoUnityJson。

總結

以上所述是小編給大家介紹的C#實現JSON解析器MojoUnityJson，希望對大家有所幫助，如果大家有任何疑問請給我留言，小編會及時回復大家的。在此也非常感謝大家對服務器之家網站的支持！

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