12.9 格式化 JSON 数据

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小牛编辑

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2023-12-01

数据结构要在网络中传输或保存到文件，就必须对其编码和解码；目前存在很多编码格式：JSON，XML，gob，Google 缓冲协议等等。Go 语言支持所有这些编码格式；在后面的章节，我们将讨论前三种格式。

结构可能包含二进制数据，如果将其作为文本打印，那么可读性是很差的。另外结构内部可能包含匿名字段，而不清楚数据的用意。

通过把数据转换成纯文本，使用命名的字段来标注，让其具有可读性。这样的数据格式可以通过网络传输，而且是与平台无关的，任何类型的应用都能够读取和输出，不与操作系统和编程语言的类型相关。

下面是一些术语说明：

数据结构 --> 指定格式 = 序列化 或 编码（传输之前）
指定格式 --> 数据格式 = 反序列化 或 解码（传输之后）

序列化是在内存中把数据转换成指定格式（data -> string），反之亦然（string -> data structure）

编码也是一样的，只是输出一个数据流（实现了 io.Writer 接口）；解码是从一个数据流（实现了 io.Reader）输出到一个数据结构。

我们都比较熟悉 XML 格式(参阅 12.10)；但有些时候 JSON（JavaScript Object Notation，参阅 http://json.org）被作为首选，主要是由于其格式上非常简洁。通常 JSON 被用于 web 后端和浏览器之间的通讯，但是在其它场景也同样的有用。

这是一个简短的 JSON 片段：

{
    "Person": {
        "FirstName": "Laura",
        "LastName": "Lynn"
    }
}

尽管 XML 被广泛的应用，但是 JSON 更加简洁、轻量（占用更少的内存、磁盘及网络带宽）和更好的可读性，这也使它越来越受欢迎。

Go 语言的 json 包可以让你在程序中方便的读取和写入 JSON 数据。

我们将在下面的例子里使用 json 包，并使用练习 10.1 vcard.go 中一个简化版本的 Address 和 VCard 结构（为了简单起见，我们忽略了很多错误处理，不过在实际应用中你必须要合理的处理这些错误，参阅 13 章）

示例 12.16 json.go：

// json.go
package main

import (
    "encoding/json"
    "fmt"
    "log"
    "os"
)

type Address struct {
    Type    string
    City    string
    Country string
}

type VCard struct {
    FirstName string
    LastName  string
    Addresses []*Address
    Remark    string
}

func main() {
    pa := &Address{"private", "Aartselaar", "Belgium"}
    wa := &Address{"work", "Boom", "Belgium"}
    vc := VCard{"Jan", "Kersschot", []*Address{pa, wa}, "none"}
    // fmt.Printf("%v: \n", vc) // {Jan Kersschot [0x126d2b80 0x126d2be0] none}:
    // JSON format:
    js, _ := json.Marshal(vc)
    fmt.Printf("JSON format: %s", js)
    // using an encoder:
    file, _ := os.OpenFile("vcard.json", os.O_CREATE|os.O_WRONLY, 0666)
    defer file.Close()
    enc := json.NewEncoder(file)
    err := enc.Encode(vc)
    if err != nil {
        log.Println("Error in encoding json")
    }
}

json.Marshal() 的函数签名是 func Marshal(v interface{}) ([]byte, error)，下面是数据编码后的 JSON 文本（实际上是一个 []byte）：

{
    "FirstName": "Jan",
    "LastName": "Kersschot",
    "Addresses": [{
        "Type": "private",
        "City": "Aartselaar",
        "Country": "Belgium"
    }, {
        "Type": "work",
        "City": "Boom",
        "Country": "Belgium"
    }],
    "Remark": "none"
}

出于安全考虑，在 web 应用中最好使用 json.MarshalforHTML() 函数，其对数据执行HTML转码，所以文本可以被安全地嵌在 HTML <script> 标签中。

json.NewEncoder() 的函数签名是 func NewEncoder(w io.Writer) *Encoder，返回的Encoder类型的指针可调用方法 Encode(v interface{})，将数据对象 v 的json编码写入 io.Writer w 中。

JSON 与 Go 类型对应如下：

bool 对应 JSON 的 booleans
float64 对应 JSON 的 numbers
string 对应 JSON 的 strings
nil 对应 JSON 的 null

不是所有的数据都可以编码为 JSON 类型：只有验证通过的数据结构才能被编码：

JSON 对象只支持字符串类型的 key；要编码一个 Go map 类型，map 必须是 map[string]T（T是 json 包中支持的任何类型）
Channel，复杂类型和函数类型不能被编码
不支持循环数据结构；它将引起序列化进入一个无限循环
指针可以被编码，实际上是对指针指向的值进行编码（或者指针是 nil）

反序列化：

UnMarshal() 的函数签名是 func Unmarshal(data []byte, v interface{}) error 把 JSON 解码为数据结构。

示例12.16中对 vc 编码后的数据为 js ，对其解码时，我们首先创建结构 VCard 用来保存解码的数据：var v VCard 并调用 json.Unmarshal(js, &v)，解析 []byte 中的 JSON 数据并将结果存入指针 &v 指向的值。

虽然反射能够让 JSON 字段去尝试匹配目标结构字段；但是只有真正匹配上的字段才会填充数据。字段没有匹配不会报错，而是直接忽略掉。

（练习 15.2b twitter_status_json.go 中用到了 UnMarshal）

解码任意的数据：

json 包使用 map[string]interface{} 和 []interface{} 储存任意的 JSON 对象和数组；其可以被反序列化为任何的 JSON blob 存储到接口值中。

来看这个 JSON 数据，被存储在变量 b 中：

b := []byte(`{"Name": "Wednesday", "Age": 6, "Parents": ["Gomez", "Morticia"]}`)

不用理解这个数据的结构，我们可以直接使用 Unmarshal 把这个数据编码并保存在接口值中：

var f interface{}
err := json.Unmarshal(b, &f)

f 指向的值是一个 map，key 是一个字符串，value 是自身存储作为空接口类型的值：

map[string]interface{} {
    "Name": "Wednesday",
    "Age":  6,
    "Parents": []interface{} {
        "Gomez",
        "Morticia",
    },
}

要访问这个数据，我们可以使用类型断言

m := f.(map[string]interface{})

我们可以通过 for range 语法和 type switch 来访问其实际类型：

for k, v := range m {
    switch vv := v.(type) {
    case string:
        fmt.Println(k, "is string", vv)
    case int:
        fmt.Println(k, "is int", vv)

    case []interface{}:
        fmt.Println(k, "is an array:")
        for i, u := range vv {
            fmt.Println(i, u)
        }
    default:
        fmt.Println(k, "is of a type I don’t know how to handle")
    }
}

通过这种方式，你可以处理未知的 JSON 数据，同时可以确保类型安全。

解码数据到结构

如果我们事先知道 JSON 数据，我们可以定义一个适当的结构并对 JSON 数据反序列化。下面的例子中，我们将定义：

type FamilyMember struct {
    Name    string
    Age     int
    Parents []string
}

并对其反序列化：

var m FamilyMember
err := json.Unmarshal(b, &m)

程序实际上是分配了一个新的切片。这是一个典型的反序列化引用类型（指针、切片和 map）的例子。

编码和解码流

json 包提供 Decoder 和 Encoder 类型来支持常用 JSON 数据流读写。NewDecoder 和 NewEncoder 函数分别封装了 io.Reader 和 io.Writer 接口。

func NewDecoder(r io.Reader) *Decoder
func NewEncoder(w io.Writer) *Encoder

要想把 JSON 直接写入文件，可以使用 json.NewEncoder 初始化文件（或者任何实现 io.Writer 的类型），并调用 Encode()；反过来与其对应的是使用 json.Decoder 和 Decode() 函数：

func NewDecoder(r io.Reader) *Decoder
func (dec *Decoder) Decode(v interface{}) error

来看下接口是如何对实现进行抽象的：数据结构可以是任何类型，只要其实现了某种接口，目标或源数据要能够被编码就必须实现 io.Writer 或 io.Reader 接口。由于 Go 语言中到处都实现了 Reader 和 Writer，因此 Encoder 和 Decoder 可被应用的场景非常广泛，例如读取或写入 HTTP 连接、websockets 或文件。