C语言Json库 —— cJson

戴品

2023-12-01

1. 综述

JSON： JavaScript Object Notation(JavaScript 对象表示法)，是轻量级的存储和交换文本信息的语法，类似 XML . 特点是纯文本（纯字符串）、层级结构、使用数组。
cJson：一个基于 C 语言的 Json 库，它是一个开源项目，github 下载地址：https://github.com/DaveGamble/cJSON
cJson库组成：主要的文件有两个，一个 cJSON.c 一个 cJSON.h。使用时，将头文件 include 进去即可

2. cJson API

2.1 cJSON 结构体

typedef struct cJSON {  
     struct cJSON *next,*prev;   
     struct cJSON *child;   
     int type;   
     char *valuestring;        // value值是字符串类型
     int valueint;  
     double valuedouble;   
     char *string;             // 对象中的key
} cJSON;

关于该结构体的几点说明:

cJOSN 结构体是一个双向链表，并且可通过child 指针访问下一层。
结构体成员 type 变量用于描述数据元素的类型（如果是键值对表示 value 值的类型），数据元素可以是字符串、整形、浮点型。
- 如果是整形值的话可通过 valueint 将值取出
- 如果是浮点型的话可通过 valuedouble 将值取出
- 如果是字符串类型的话可通过 valuestring 将值取出
结构体成员 string 表示键值对中键值的名称。

cJSON 作为 Json 格式的解析库，其主要功能就是构建和解析 Json 格式，比如要发送数据：用途就是发送端将要发送的数据以 json
形式封装，然后发送，接收端收到此数据后，还是按 json 形式解析，就得到想要的数据。

2.2 数据的封装

在 cJSON.h 头文件中可以看到一些函数声明，通过调用这些创建函数就可以将 Json 支持的数据类型封装为 cJSON 结构体类型：

// 空值类型
extern cJSON *cJSON_CreateNull(void);
// 布尔类型
extern cJSON *cJSON_CreateTrue(void);
extern cJSON *cJSON_CreateFalse(void);
extern cJSON *cJSON_CreateBool(int b);
// 数值类型
extern cJSON *cJSON_CreateNumber(double num);
// 字符串类型
extern cJSON *cJSON_CreateString(const char *string);
// json数组(创建空数组)
extern cJSON *cJSON_CreateArray(void);
// json对象(创建空对象)
extern cJSON *cJSON_CreateObject(void);

cJson 库中还提供了一些更为简便的操作函数，在创建数组的同时还可以进行初始化：

// 创建一个Json数组, 元素为整形
extern cJSON *cJSON_CreateIntArray(const int *numbers,int count);
// 创建一个Json数组, 元素为浮点
extern cJSON *cJSON_CreateFloatArray(const float *numbers,int count);
extern cJSON *cJSON_CreateDoubleArray(const double *numbers,int count);
// 创建一个Json数组, 元素为字符串类型
extern cJSON *cJSON_CreateStringArray(const char **strings,int count);

2.3 Json 对象操作

当得到一个 Json 对象之后，就可以往对象中添加键值对了，可以使用 cJSON_AddItemToObject()

extern void cJSON_AddItemToObject(cJSON *object,const char *string,cJSON *item);

在 cJSON 库中节点的从属关系是通过树来维护的，每一层节点都是通过链表来维护的，这样就能分析出该函数参数的含义：
- object：要添加的键值对从属于那个节点
- string：添加的键值对的键值
- item：添加的键值对的 value 值（需要先将其封装为 cJSON 类型的结构体）
为了让操作更加方便，cJson 库还提供了一些宏函数，方便快速的往 Json 对象中添加键值对：

#define cJSON_AddNullToObject(object,name)      cJSON_AddItemToObject(object, name, cJSON_CreateNull())
#define cJSON_AddTrueToObject(object,name)      cJSON_AddItemToObject(object, name, cJSON_CreateTrue())
#define cJSON_AddFalseToObject(object,name)     cJSON_AddItemToObject(object, name, cJSON_CreateFalse())
#define cJSON_AddBoolToObject(object,name,b)    cJSON_AddItemToObject(object, name, cJSON_CreateBool(b))
#define cJSON_AddNumberToObject(object,name,n)  cJSON_AddItemToObject(object, name, cJSON_CreateNumber(n))
#define cJSON_AddStringToObject(object,name,s)  cJSON_AddItemToObject(object, name, cJSON_CreateString(s))

还可以根据 Json 对象中的键值取出相应的 value 值，API 函数原型如下:

extern cJSON *cJSON_GetObjectItem(cJSON *object,const char *string);

2.4 Json 数组操作

添加数据到 Json 数组中（原始数据需要先转换为 cJSON 结构体类型）：

extern void cJSON_AddItemToArray(cJSON *array, cJSON *item);

得到 Json 数组中元素的个数：

extern int cJSON_GetArraySize(cJSON *array);

得到 Json 数组中指定位置的原素，如果返回 NULL 表示取值失败：

extern cJSON *cJSON_GetArrayItem(cJSON *array,int item);

2.5 序列化

序列化就是将 Json 格式的数据转换为字符串的过程，cJson 库中提供了 3 个转换函数，具体如下：

extern char  *cJSON_Print(cJSON *item);
extern char  *cJSON_PrintUnformatted(cJSON *item);
extern char *cJSON_PrintBuffered(cJSON *item,int prebuffer,int fmt);

其中第一个参数 item 表示 Json 数据块的根节点。

调用 cJSON_Print() 函数可以得到一个带格式的 Json 字符串（有换行，看起来更直观）
调用 cJSON_PrintUnformatted() 函数会得到一个没有格式的 Json 字符串（没有换行，所有的数据都在同一行）。
调用 cJSON_PrintBuffered() 函数使用缓冲策略将 Json 实体转换为字符串，参数 prebuffer 是指定缓冲区的大小，参数 fmt==0 表示未格式化，fmt==1 表示格式化。

2.6 Json 字符串的解析

如果得到了一个 Json 格式的字符串，想要读出里边的数据，就需要对这个字符串进行解析，处理方式就是将字符串转换为 cJSON 结构体，然后再基于这个结构体读里边的原始数据，转换函数的函数原型如下：

extern cJSON *cJSON_Parse(const char *value);

2.7 内存释放

当将数据封装为 cJSON 结构类型的节点之后都会得到一块堆内存，当释放某个节点的时候可以调用 cJson 库提供的删除函数 cJSON_Delete()，函数原型如下：

extern void   cJSON_Delete(cJSON *c);

该函数的参数为要释放的节点的地址，在此强调一点：在进行内存地址释放的时候，当前节点以及其子节点都会被删除。

3. Json 数据的封装

3.1 Json 对象操作举例

创建一个对象，并向这个对象里添加字符串和整型键值：

#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
#include<string.h>
#include"cJSON.h"
 
int main()
{
    cJSON * root;
    cJSON *arry;

    root=cJSON_CreateObject();                     // 创建根数据对象
    cJSON_AddStringToObject(root,"name","luffy");  // 添加键值对
    cJSON_AddStringToObject(root,"sex","man");     // 添加键值对
    cJSON_AddNumberToObject(root,"age",19);        // 添加键值对

    char *out = cJSON_Print(root);   // 将json形式转换成字符串
    printf("%s\n",out);

    // 释放内存  
    cJSON_Delete(root);  
    free(out);        
}

运行结果

{
 "name": "luffy",
 "sex": "man",
 "age": 19
}

cJSON_CreateObject 函数可创建一个根对象，返回的是一个 cJSON 指针，在这个指针用完了以后，需要手动调用 cJSON_Delete(root) 进行内存回收。
函数 cJSON_Print() 内部封装了 malloc 函数，所以需要使用 free() 函数释放被 out 占用的内存空间。

3.2 Json 数组操作举例

创建一个数组，并向数组添加一个字符串和一个数字：

int main(int argc, char **argv)
{
    cJSON *root;
    root = cJSON_CreateArray();
    cJSON_AddItemToArray(root, cJSON_CreateString("Hello world"));
    cJSON_AddItemToArray(root, cJSON_CreateNumber(10)); 
    // char *s = cJSON_Print(root);
    char *s = cJSON_PrintUnformatted(root);
    if(s)
    {
        printf(" %s \n",s);
        free(s);
    }
    cJSON_Delete(root);
    return 0;
}

运行结果:

["Hello world",10]

3.3 Json 对象、数组嵌套使用

对象里面包括一个数组，数组里面包括对象，对象里面再添加一个字符串和一个数字：

{
    "person":[{
        "name":"luffy",
        "age":19
    }]
}

示例代码:

int main(int argc, char **argv)
{
    cJSON *root, *body, *list;
    // josn 对象 root
    root = cJSON_CreateObject();
    // root 添加键值对 person:json数组A
    cJSON_AddItemToObject(root,"person", body = cJSON_CreateArray());
    // json数组A 添加Json对象B
    cJSON_AddItemToArray(body, list = cJSON_CreateObject());
    // 在json对象B中添加键值对: "name":"luffy"
    cJSON_AddStringToObject(list,"name","luffy");
    // 在json对象B中添加键值对: "age":19
    cJSON_AddNumberToObject(list,"age",19);
 
    // char *s = cJSON_Print(root);
    char *s = cJSON_PrintUnformatted(root);
    if(s)
    {
        printf(" %s \n",s);
        free(s);
    }
    if(root)
    {
        cJSON_Delete(root); 
    }
    return 0;
}

运行结果:

{"person":[{"name":"luffy","age":19}]}

4. 解析 Json 字符串

4.1 解析 Json 对象

Json 字符串的解析流程和数据的封装流程相反，假设我们有这样一个 Json 字符串（字符串中的双引号需要通过转义字符将其转译为普通字符）：

{\"name\":\"luffy\",\"sex\":\"man\",\"age\":19}

示例代码：

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include "cJSON.h"
 
int main()
{
    cJSON *json, *name, *sex, *age;
    char* out="{\"name\":\"luffy\",\"sex\":\"man\",\"age\":19}";
 
    json = cJSON_Parse(out); //解析成json形式
    name = cJSON_GetObjectItem(json, "name");  //获取键值内容
    sex = cJSON_GetObjectItem(json, "sex");
    age = cJSON_GetObjectItem(json, "age");
 
    printf("name:%s,sex:%s,age:%d\n", name->valuestring, sex->valuestring, age->valueint);
 
    cJSON_Delete(json);  //释放内存 
}

输出结果：

name:luffy,sex:man,age:19

注：如果是在严格的场所，应该先判定每个 item 的 type，然后再考虑去取值。

4.2 解析嵌套的 Json 对象

加大一点难度，下面解析一个嵌套的 Json 对象，数据如下：

{\"list\":{\"name\":\"luffy\",\"age\":19},\"other\":{\"name\":\"ace\"}}

int main()
{
    char *s = "{\"list\":{\"name\":\"luffy\",\"age\":19},\"other\":{\"name\":\"ace\"}}";
    cJSON *root = cJSON_Parse(s);
    if(!root) 
    {
        printf("get root faild !\n");
        return -1;
    }

    cJSON *js_list = cJSON_GetObjectItem(root, "list");
    if(!js_list) 
    {
        printf("no list!\n");
        return -1;
    }
    printf("list type is %d\n",js_list->type);

    cJSON *name = cJSON_GetObjectItem(js_list, "name");
    if(!name) 
    {
        printf("No name !\n");
        return -1;
    }
    printf("name type is %d\n",name->type);
    printf("name is %s\n",name->valuestring);

    cJSON *age = cJSON_GetObjectItem(js_list, "age");
    if(!age) 
    {
        printf("no age!\n");
        return -1;
    }
    printf("age type is %d\n", age->type);
    printf("age is %d\n",age->valueint);

    cJSON *js_other = cJSON_GetObjectItem(root, "other");
    if(!js_other) 
    {
        printf("no list!\n");
        return -1;
    }
    printf("list type is %d\n",js_other->type);

    cJSON *js_name = cJSON_GetObjectItem(js_other, "name");
    if(!js_name) 
    {
        printf("No name !\n");
        return -1;
    }
    printf("name type is %d\n",js_name->type);
    printf("name is %s\n",js_name->valuestring);

    if(root)
    {
        cJSON_Delete(root);
    }
    return 0;
}

打印结果:

list type is 6
name type is 4
name is luffy
age type is 3
age is 19
list type is 6
name type is 4
name is ace

4.3 解析 Json 数组

如果我们遇到的 Json 字符串是一个 Json 数组格式，处理方式和 Json 对象差不多，比如我们要解析如下字符串：

{\"names\":[\"luffy\",\"robin\"]}

int main(int argc, char **argv)
{
    char *s = "{\"names\":[\"luffy\",\"robin\"]}";
    cJSON *root = cJSON_Parse(s);
    if(!root) 
    {
        printf("get root faild !\n");
        return -1;
    }
    cJSON *js_list = cJSON_GetObjectItem(root, "names");
    if(!js_list)
    {
        printf("no list!\n");
        return -1;
    }
    int array_size = cJSON_GetArraySize(js_list);
    printf("array size is %d\n",array_size);
    for(int i=0; i< array_size; i++) 
    {
        cJSON *item = cJSON_GetArrayItem(js_list, i);
        printf("item type is %d\n",item->type);
        printf("%s\n",item->valuestring);
    }

    if(root)
    {
        cJSON_Delete(root);
    }
    return 0;
}

4.4 解析嵌套的 Json 对象和数组

对于 Json 字符串最复杂的个数莫过于 Json 对象和 Json 数组嵌套的形式，下面通过一个例子演示一下应该如何解析，字符串格式如下：

{\"list\":[{\"name\":\"luffy\",\"age\":19},{\"name\":\"sabo\",\"age\":21}]}

在解析的时候，我们只需要按照从属关系，一层层解析即可：
- 根节点是一个 Json 对象，基于根节点中的 key 值取出对应的 value 值，得到一个 Json 数组
- 读出 Json 数组的大小，遍历里边的各个元素，每个元素都是一个 Json 对象
- 将 Json 对象中的键值对根据 key 值取出对应的 value 值
- 从取出的 Value 值中读出实际类型对应的数值示例代码如下：

#include "cJSON.h"
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>

int main(int argc, char **argv)
{
    char *s = "{\"list\":[{\"name\":\"luffy\",\"age\":19},{\"name\":\"sabo\",\"age\":21}]}";
    cJSON *root = cJSON_Parse(s);
    if(!root) 
    {
        printf("get root faild !\n");
        return -1;
    }
    cJSON *list = cJSON_GetObjectItem(root, "list");
    if(!list)
    {
        printf("no list!\n");
        return -1;
    }
    int array_size = cJSON_GetArraySize(list);
    printf("array size is %d\n",array_size);
    
    for(int i=0; i< array_size; i++) 
    {
        cJSON* item = cJSON_GetArrayItem(list, i);
        cJSON* name = cJSON_GetObjectItem(item, "name");
        printf("name is %s\n",name->valuestring);
        cJSON* age = cJSON_GetObjectItem(item, "age");
        printf("age is %d\n",age->valueint);
    }

    if(root)
    {
        cJSON_Delete(root);
    }
    return 0;
}