从零开始的 JSON 库教程

  • Milo Yip
  • 2016/9/15

也许有很多同学上过 C/C++ 的课后，可以完成一些简单的编程练习，又能在一些网站刷题，但对于如何开发有实际用途的程序可能感到束手无策。本教程希望能以一个简单的项目开发形式，让同学能逐步理解如何从无到有去开发软件。

为什么选择 JSON？因为它足够简单，除基本编程外不需大量技术背景知识。JSON 有标准，可按照标准逐步实现。JSON 也是实际在许多应用上会使用的格式，所以才会有大量的开源库。

这是一个免费、开源的教程，如果你喜欢，也可以打赏鼓励。因为工作及家庭因素，不能保证每篇文章的首发时间，请各为见谅。

对象与目标

教程对象：学习过基本 C/C++ 编程的同学。

通过这个教程，同学可以了解如何从零开始写一个 JSON 库，其特性如下：

  • 符合标准的 JSON 解析器和生成器
  • 手写的递归下降解析器（recursive descent parser）
  • 使用标准 C 语言（C89）
  • 跨平台／编译器（如 Windows／Linux／OS X，vc／gcc／clang）
  • 仅支持 UTF-8 JSON 文本
  • 仅支持以 double 存储 JSON number 类型
  • 解析器和生成器的代码合共少于 500 行

除了围绕 JSON 作为例子，希望能在教程中讲述一些课题：

  • 测试驱动开发（test driven development, TDD）
  • C 语言编程风格
  • 数据结构
  • API 设计
  • 断言
  • Unicode
  • 浮点数
  • Github、CMake、valgrind、Doxygen 等工具

教程大纲

本教程预计分为 9 个单元，第 1-8 个单元附带练习和解答。

  1. 启程（2016/9/15 完成）：编译环境、JSON 简介、测试驱动、解析器主要函数及各数据结构。练习 JSON 布尔类型的解析。启程解答篇（2016/9/17 完成）。
  2. 解析数字（2016/9/18 完成）：JSON number 的语法。练习 JSON number 类型的校验。解析数字解答篇（2016/9/20 完成）。
  3. 解析字符串（2016/9/22 完成）：使用 union 存储 variant、自动扩展的堆栈、JSON string 的语法、valgrind。练习最基本的 JSON string 类型的解析、内存释放。解析字符串解答篇（2016/9/27 完成）。
  4. Unicode（2016/10/2 完成）：Unicode 和 UTF-8 的基本知识、JSON string 的 unicode 处理。练习完成 JSON string 类型的解析。Unicode 解答篇（2016/10/6 完成）。
  5. 解析数组（2016/10/7 完成）：JSON array 的语法。练习完成 JSON array 类型的解析、相关内存释放。解析数组解答篇（2016/10/13 完成）。
  6. 解析对象（2016/10/29 完成）：JSON object 的语法、重构 string 解析函数。练习完成 JSON object 的解析、相关内存释放。解析对象解答篇（2016/11/15 完成）。
  7. 生成器（2016/12/20 完成）：JSON 生成过程、注意事项。练习完成 JSON 生成器。生成器解答篇（2017/1/5 完成）
  8. 访问：JSON array／object 的访问及修改。练习完成相关功能。
  9. 终点及新开始：加入 nativejson-benchmark 测试，与 RapidJSON 对比及展望。

关于作者

叶劲峰（Milo Yip）现任腾讯 T4 专家、互动娱乐事业群魔方工作室群前台技术总监。他获得香港大学认知科学学士（BCogSc）、香港中文大学系统工程及工程管理哲学硕士（MPhil）。他是《游戏引擎架构》译者、《C++ Primer 中文版（第五版）》审校。他曾参与《天涯明月刀》、《斗战神》、《爱丽丝：疯狂回归》、《美食从天降》、《王子传奇》等游戏项目，以及多个游戏引擎及中间件的研发。他是开源项目 RapidJSON 的作者，开发 nativejson-benchmark 比较 41 个开源原生 JSON 库的标准符合程度及性能。他在 1990 年学习 C 语言，1995 年开始使用 C++ 于各种项目。