【原创】 Boost序列化自己手写实现简易版

设计思路

 

在与多个系统进行网络交互时，序列化是不可缺少的技术。编写一个C++语言的序列化实现，是练习运用模板元编程的绝佳案例，理解C++模板是如何"面向编译期编程"的（业内好像没有这个说法）。序列化对象处理基础数据类型和类类型，boost的序列化功能划分得更细致，基本支持了C++语言的序列化，但是在业务开发中，支持这两种已经足够用了。对于基础数据类型的序列化，需要合理组织序列化的协议格式；对于类类型的序列化，类是由基础数据类型组成的，最终转换为基础数据类型的序列化。

代码思路

 

序列化实现类class CTextSerialize，反序列化实现类class CTextDeserialize；这两个类都通过业务类的模板函数serialize以传参的方式分别实现序列化和反序列化。class CTextSerialize中的重载函数serialize分别实现基础数据类型和类类型的序列化；class CTextDeserialize中的重载函数deserialize分别实现基础数据类型和类类型的反序列化。这两个类在处理类类型序列化/反序列化时，都调用了class CAccess的静态函数serialize。对于容器vector和map这种特殊的类类型，需要单独实现偏特化的class CAccess。整体代码设计思路需要结合完整代码实现细节进行理解。

完整代码

 

代码基于C++98进行编写，采用gcc4.8.5编译器编译，测试运行在CentOS7.3环境。

在main函数中，代码分为四段：

第一段，采用输入输出流操作不同基础数据类型的变量；

第二段，使用模板判断变量类型是基础数据类型还是类类型；

第三段，对基础数据类型进行序列化和反序列化；

第四段，对类类型进行序列化和反序列化。

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#include <iostream> #include <sstream> #include <map> #include <vector> #include <stdint.h> using namespace std;   template<typename T> struct is_class_imp{ //采用boost的type_traits的方式判断，判断一个类型是否是一个类类型 typedef char class_type; //一个字节 typedef int32_t non_class_type; //四个字节 template<typename C> static class_type is_class_check(void(C::*)(void)); //类类型匹配到的模板函数 template<typename C> static non_class_type is_class_check(...); //基础类型匹配到的模板函数   static const bool value = (sizeof(is_class_check<T>(0)) == sizeof(class_type)); //value的值在编译期决定 }; template<> struct is_class_imp<string>{ //模板特化，string可以作为基础类型处理，其实是类类型 static const bool value = false; }; template<typename T> struct is_class : is_class_imp<T>{}; //继承   template<bool C_> struct bool_plt{}; //用于编译期条件判断的模板，bool_plt<true>和bool_plt<false>   template<typename C_, typename F1, typename F2> //C_编译期的条件，依据条件判断，动态定义类型F1或F2 struct eval_if{}; template<typename F1, typename F2> //模板偏特化，typename C_ struct eval_if<bool_plt<true>, F1, F2>{ //当C_编译期条件为bool_plt<true>时，定义类型F1 typedef F1 type; }; template<typename F1, typename F2> //模板偏特化，typename C_ struct eval_if<bool_plt<false>, F1, F2>{ //当C_编译期条件为bool_plt<false>时，定义类型F2 typedef F2 type; };   template<typename Archive, typename T> class CAccess //对类类型对象，应该序列化还是反序列化的控制函数 { public: static void serialize(Archive& ar, T& t){ //调用类类型对象的serialize函数，序列化还是反序列化由ar参数决定 t.serialize(ar); } }; template<typename Archive, typename T> struct CFreeMarshall{ //序列化结构体类型 static void invoke(Archive& ar, const T& t){ CAccess<Archive, T>::marshall(ar, t); } }; template<typename Archive, typename T> struct CFreeDemarshall{ //反序列化结构体类型 static void invoke(Archive& ar, T& t){ CAccess<Archive, T>::demarshall(ar, t); } }; template<typename Archive, typename T> struct CFreeInvoke{ //序列化和反序列化统一调用模版函数，在编译期决定调用其一 static void invoke(Archive& ar, T& t){ typedef typename eval_if<typename Archive::is_marshall, //假如ar对象是序列化对象 CFreeMarshall<Archive, T>, //定义序列化类型 CFreeDemarshall<Archive, T> >::type typex; //否则定义反序列化类型 typex::invoke(ar, t); //调用序列化或反序列化函数，在编译期动态判断决定 } };   template<typename Archive, typename T> class CAccess<Archive, vector<T> > //模板偏特化，实现vector容器的序列化和反序列化 { public: static void serialize(Archive& ar, vector<T>& t) //调用序列化或反序列化函数，在编译期动态判断决定 { CFreeInvoke<Archive, vector<T> >::invoke(ar, t); } static void marshall(Archive& ar, const vector<T>& t) //序列化 { int len = t.size(); ar << len << " "; for (int i = 0; i < len; i++) { ar << t[i] << " "; } } static void demarshall(Archive& ar, vector<T>& t) //反序列化 { int len = 0; ar >> len; t.clear(); for (int i = 0; i < len; i++) { T tmp; ar >> tmp; t.push_back(tmp); } } };   template<typename Archive, typename K, typename V> class CAccess<Archive, map<K,V> > //模板偏特化，实现map容器的序列化和反序列化 { public: static void serialize(Archive& ar, map<K,V>& t) //调用序列化或反序列化函数，在编译期动态判断决定 { CFreeInvoke<Archive, map<K,V> >::invoke(ar, t); } static void marshall(Archive& ar, const map<K,V>& t) //序列化 { int len = t.size(); ar << len << " "; typename map<K,V>::const_iterator iter; for (iter = t.begin(); iter != t.end(); ++iter) ar << iter->first << " " << iter->second << " "; } static void demarshall(Archive& ar, map<K,V>& t) //反序列化 { int len = 0; ar >> len; t.clear(); for (int i = 0; i < len; i++) { K key; V val; ar >> key >> val; t[key] = val; } } };   class CTextSerialize //序列化和协议实现类 { public: typedef bool_plt<true> is_marshall; //该类定义为序列化类 typedef bool_plt<false> is_demarshall; CTextSerialize(ostream& o):os(o){}   template<typename T> void serialize(const T& t, bool_plt<false>& b) //基础类型序列化模板函数 { os << t << " "; } template<typename T> void serialize(const T& t, bool_plt<true>& b) //类类型序列化模板函数 { CAccess<CTextSerialize, T>::serialize(*this, const_cast<T&>(t)); } template<typename T> CTextSerialize& operator<<(const T& t) { bool_plt<is_class<T>::value> type; //type在编译期确定，T是否是类类型 serialize(t, type); return *this; }   template<typename T> CTextSerialize& operator&(const T& t) { bool_plt<is_class<T>::value> type; //type在编译期确定，T是否是类类型 serialize(t, type); return *this; } private: ostream& os; };   class CTextDeserialize //反序列化和协议实现类 { public: typedef bool_plt<false> is_marshall; typedef bool_plt<true> is_demarshall; //该类定义为反序列化类 CTextDeserialize(istream& i):is(i){}   template<typename T> void deserialize(T& t, bool_plt<false>& b) //基础类型反序列化模板函数 { is >> t; } template<typename T> void deserialize(T& t, bool_plt<true>& b) //类类型反序列化模板函数 { CAccess<CTextDeserialize, T>::serialize(*this, t); } template<typename T> CTextDeserialize& operator>>(T& t) { bool_plt<is_class<T>::value> type; //type在编译期确定，T是否是类类型 deserialize(t, type); return *this; }   template<typename T> CTextDeserialize& operator&(T& t) { bool_plt<is_class<T>::value> type; //type在编译期确定，T是否是类类型 deserialize(t, type); return *this; } private: istream& is; };   enum EName{}; struct SData{};   class CData //支持序列化和反序列化的类实现 { private: //待序列化的成员变量 uint32_t ver; int i; bool b; long l; double d; string s; vector<string> vecStr; map<int, string> mapInfo;   public: CData():ver(0),i(0),b(false),l(0),d(0){} //数据初始化 void init(uint32_t ver, int i, bool b, long l, double d, string s, string arr[], int len) { this->ver = ver; this->i = i; this->b = b; this->l = l; this->d = d; this->s = s; this->vecStr.assign(arr, arr + len); for (int j = 0; j < len; j++) mapInfo[j] = arr[j]; } template<typename Archive> //模板多态，Archive可以实现多种序列化协议 Archive& serialize(Archive& ar) //序列化和反序列化都调用这个模板函数 { ar & ver; ar & i; ar & b; ar & l; ar & d; ar & s; ar & vecStr; ar & mapInfo;   return ar; }   string tostr(void) //便于类对象打印输出 { stringstream ss; ss << " ver " << ver << " int:" << i << " bool:" << (true==b ? "true" : "false") << " long:" << l << " double:" << d << " string:" << s; int len = vecStr.size(); ss << " vector:" << len << " "; for (int j = 0; j < len; j++) ss << vecStr[j] << " "; ss << " map:" << len << " "; for (int j = 0; j < len; j++) ss << j << " " << mapInfo[j] << " ";   return ss.str(); } };   int main(void) { {//将数据存入流中，将数据从流中取出；空格做为数据分隔符，简单的数据存储格式 stringstream ss;   int a = 1; double b = 2.1; string c = "abc"; ss << a << " " << b << " " << c; int A = 0; double B = 0; string C; ss >> A >> B >> C;   cout << ss.str() << endl; cout << A << " " << B << " " << C << endl << endl; }   {//使用模板方式，在编译期判断数据类型，是否是类类型 cout << is_class<int>::value << endl;//该代码块都是基础数据类型 cout << is_class<double>::value << endl; cout << is_class<EName>::value << endl; cout << is_class<string>::value << endl;   cout << is_class<CData>::value << endl;//该代码块都是类类型 cout << is_class<SData>::value << endl; cout << is_class<vector<int> >::value << endl << endl; }   {//序列化和反序列化基础数据类型 int a = 1; double b = 2.1; string c = "abc";   std::ostringstream os; CTextSerialize oSer(os); oSer << a << b << c; cout << a << " " << b << " " << c << endl;   int A = 0; double B = 0; string C;   std::istringstream is(os.str()); CTextDeserialize iDeser(is); iDeser >> A >> B >> C; cout << A << " " << B << " " << C << endl << endl; }   {//序列化和反序列化类类型 string arr[] = {"3a", "2b", "1c"}; int len = sizeof(arr)/sizeof(arr[0]);//C++内存布局与C语言兼容 CData oData; oData.init(0, 11, true, 222, 3.30, "string", arr, len);   std::ostringstream os; CTextSerialize oSer(os); oSer << oData; cout << "oData:" << oData.tostr() << endl;   CData iData; std::istringstream is(os.str()); CTextDeserialize iDeser(is); iDeser >> iData; cout << "iData:" << iData.tostr() << endl; }   return 0; }

注：代码没有达到产品级别的质量。

代码编译后，运行结果：

1 2.1 abc

1 2.1 abc

 

0

0

0

0

1

1

1

 

1 2.1 abc

1 2.1 abc

 

oData: ver 0 int:11 bool:true long:222 double:3.3 string:string vector:3 3a 2b 1c map:3 0 3a 1 2b 2 1c

iData: ver 0 int:11 bool:true long:222 double:3.3 string:string vector:3 3a 2b 1c map:3 0 3a 1 2b 2 1c

 

参考文献

 

[1] Boost序列化官网，https://www.boost.org/doc/libs/1_68_0/libs/serialization/doc/index.html

[2] Boost 1.67.0源代码，https://www.boost.org/users/history/version_1_67_0.html

[3] 维基百科，https://en.wikipedia.org/wiki/Serialization