在 C++ 中优雅地处理 JSON：nlohmann/json 库实践指南

JSON (JavaScript Object Notation) 作为一种轻量级的数据交换格式，在现代软件开发中扮演着重要角色。在 C++ 开发中，nlohmann/json 库因其易用性和灵活性而广受欢迎。本文将通过实例介绍如何使用这个强大的库进行 JSON 数据的序列化和反序列化操作。

环境准备

首先，我们需要配置项目环境。这里使用 CMake 作为构建系统：

cmake_minimum_required(VERSION 3.15 FATAL_ERROR)
project("nlohmann_json_test" CXX)

find_package(nlohmann_json CONFIG REQUIRED)

set(CMAKE_CXX_STANDARD 11)
set(CMAKE_CXX_STANDARD_REQUIRED ON)

add_executable(nlohmann_json_test nlohmann_json_test.cpp)
target_link_libraries(nlohmann_json_test PRIVATE nlohmann_json::nlohmann_json)

数据结构定义

在示例中，我们定义了三个主要的数据结构：

struct Address {
    std::string street;
    std::string number;
    std::string postcode;

    NLOHMANN_DEFINE_TYPE_INTRUSIVE(Address, street, number, postcode);
};

struct Person {
    std::string name;
    int age;
    std::vector<Address> addresses;

    NLOHMANN_DEFINE_TYPE_INTRUSIVE(Person, name, age, addresses);
};

struct ApiResult {
    bool success;
    std::string message;
    json data;

    NLOHMANN_DEFINE_TYPE_INTRUSIVE(ApiResult, success, message, data);
};

这里的关键是使用 NLOHMANN_DEFINE_TYPE_INTRUSIVE 宏，它自动为我们的结构体生成序列化和反序列化的代码。这大大简化了 JSON 转换过程，无需手动编写转换逻辑。

JSON 序列化示例

让我们看看如何将 C++ 对象序列化为 JSON：

Person person = {
    "John Doe",
    20,
    {
        {"Main St", "123", "12345"},
        {"Second St", "456", "67890"}
    }
};

// 序列化为 JSON
json j = person;
std::cout << j.dump(4) << std::endl;

序列化结果：

{
    "addresses": [
        {
            "number": "123",
            "postcode": "12345",
            "street": "Main St"
        },
        {
            "number": "456",
            "postcode": "67890",
            "street": "Second St"
        }
    ],
    "age": 20,
    "name": "John Doe"
}

JSON 反序列化示例

同样简单，我们可以将 JSON 字符串反序列化为 C++ 对象：

json j2 = R"(
    {
        "name": "Jane Doe",
        "age": 25,
        "addresses":[
            {
                "street":"jiangxia",
                "number":"258",
                "postcode":"54321"
            },
            {
                "street":"wuchang",
                "number":"369",
                "postcode":"12345"
            }
        ]
    }
)"_json;

Person person2;
j2.get_to(person2);

API 响应封装示例

在实际开发中，我们经常需要处理 API 响应。这里展示了如何使用 ApiResult 结构体封装不同类型的响应：

// 成功响应，携带数据
ApiResult ar1;
ar1.success = true;
ar1.message = "success";
ar1.data = person;
json jar1 = ar1;

// 错误响应
ApiResult ar2;
ar2.success = false;
ar2.message = "A fatal error has occurred";
ar2.data = nullptr;
json jar2 = ar2;

这将产生如下 JSON 输出：

成功响应：

{
    "data": {
        "addresses": [...],
        "age": 20,
        "name": "John Doe"
    },
    "message": "success",
    "success": true
}

错误响应：

{
    "data": null,
    "message": "A fatal error has occurred",
    "success": false
}

主要特点和优势

1. 简单直观的 API：通过 NLOHMANN_DEFINE_TYPE_INTRUSIVE 宏，可以轻松实现序列化和反序列化。
2. 类型安全：编译时类型检查，避免运行时错误。
3. 灵活的数据处理：支持复杂的嵌套结构和各种数据类型。
4. 现代 C++ 特性支持：与 C++11 及以上版本完全兼容。
5. 错误处理：提供清晰的错误信息和异常处理机制。

注意事项

1. 使用 NLOHMANN_DEFINE_TYPE_INTRUSIVE 时，需要确保所有成员变量都是可序列化的。
2. 在处理大型 JSON 数据时，要注意内存使用。
3. 对于非字符串类型的键，需要特别处理。
4. C++20 提供了更简洁的结构体初始化语法，但要注意编译器支持情况。