分享基于.NET动态编译&Newtonsoft.Json封装实现JSON转换器（JsonConverter）原理及JSON操作技巧
看文章标题就知道，本文的主题就是关于JSON，JSON转换器（JsonConverter）具有将C#定义的类源代码直接转换成对应的JSON字符串，以及将JSON字符串转换成对应的C#定义的类源代码，而JSON操作技巧则说明如何通过JPath来快速的定位JSON的属性节点从而达到灵活读写JSON目的。
一、JSON转换器（JsonConverter）使用及原理介绍篇
现在都流行微服务，前后端分离，而微服务之间、前后端之间数据交互更多的是基于REST FUL风格的API，API的请求与响应一般常用格式都是JSON。当编写了一些API后，为了能够清楚的描述API的请求及响应数据格式（即：JSON格式），以便提供给API服务的消费者（其它微服务、前端）开发人员进行对接开发，通常是编写API说明文档，说明文档中一般包含入参JSON格式说明以及响应的JSON格式说明示例，但如果API涉及数目较多，全由开发人员人工编写，那效率就非常低下，而且不一定准确。于是就有了Swagger，在API项目中集成swagger组件，就会由swagger根据API的ACTION方法定义及注解生成标准的在线API说明文档，具体用法请参见网上相关文章说明。当然除了swagger还有其它类似的集成式的生成在线API说明文档，大家有兴趣的话可以去网上找找资源。虽说swagger组件确实解放了开发人员的双手，无需人工编写就自动生成在线API文档，但我认为还是有一些不足，或者说是不太方便的地方：一是必需集成到API项目中，与API项目本身有耦合与依赖，无法单独作为API帮助文档项目，在有些情况下可能并不想依赖swagger，不想时刻把swagger生成API文档暴露出来；二是目前都是生成的在线API文档，如果API在某些网络环境下不可访问（比如：受限），那在线的API文档基本等同于没用，虽说swagger也可以通过复杂的配置或改造支持导出离线的API文档，但总归是有一定的学习成本。那有没有什么替代方案能解决swagger类似的在线API文档的不足，又避免人工低效编写的状况呢？可能有，我（梦在旅途）没了解过，但我为了解决上述问题，基于.NET动态编译&Newtonsoft.Json封装实现了一个JSON转换器（JsonConverter），采用人工编写+JSON自动生成的方式来实现灵活、快速、离线编写API说明文档。
先来看一下JsonConverter工具的界面吧，如下图示：
工具界面很简单，下面简要说明一下操作方法：
class类源代码转换成Json字符串：先将项目中定义的class类源代码复制粘贴到Class Code文本框区域【注意：若有继承或属性本身又是另一个类，则相关的class类定义源代码均应一同复制，using合并，namespace允许多个，目的是确保可以动态编译通过】，然后点击上方的【Parse】按钮，以便执行动态编译并解析出Class Code文本框区域中所包含的class Type，最后选择需要生成JSON的class Type，点击中间的【To Json】按钮，即可将选择的class Type 序列化生成JSON字符串并展示在右边的Json String文本框中；
示例效果如下图示：(支持继承，复杂属性)
有了这个功能以后，API写好后，只需要把ACTION方法的入参class源代码复制过来然后进行class to JSON转换即可快速生成入参JSON，不论是自己测试还是写文档都很方便。建议使用markdown语法来编写API文档。
Json字符串转换成class类定义源代码：先将正确的JSON字符串复制粘贴到Json String文本框中，然后直接点击中间的【To Class】按钮，弹出输入要生成的class名对话框，输入后点击确定就执行转换逻辑，最终将转换成功的class定义源代码展示在左边的Class Code文本框区域中；
示例效果如下图示：（支持复杂属性，能够递归生成JSON所需的子类，类似如下的Address，注意暂不支持数组嵌套数组这种非常规的格式，即：[ [1,2,3],[4,5,6] ]）
JsonConverter工具实现原理及代码说明：
class Code To Json 先利用.NET动态编译程序集的方式，把class Code动态编译成一个内存的临时程序集Assembly，然后获得该Assembly中的Class Type,最后通过反射创建一个Class Type空实例，再使用Newtonsoft.Json 序列化成JSON字符串即可。
动态编译是：Parse，序列化是：ToJsonString，需要关注的点是：动态编译时，需要引用相关的.NET运行时DLL，而这些DLL必需在工具的根目录下，否则可能导致引用找不到DLL导致编译失败，故项目中引用了常见的几个DLL，并设置了复制到输出目录中，如果后续有用到其它特殊的类型同样参照该方法先把DLL包含到项目中，并设置复制到输出目录中，然后在动态编译代码中使用cp.ReferencedAssemblies.Add("XXXX.dll");进行添加。核心代码如下：
private List<string> Parse(string csCode)
{
var provider = new CSharpCodeProvider();
var cp = new CompilerParameters();
cp.GenerateExecutable = false;
cp.GenerateInMemory = true;
cp.IncludeDebugInformation = false;
//cp.ReferencedAssemblies.Add("mscorlib.dll");
cp.ReferencedAssemblies.Add("System.dll");
cp.ReferencedAssemblies.Add("System.Data.dll");
cp.ReferencedAssemblies.Add("System.Linq.dll");
cp.ReferencedAssemblies.Add("System.ComponentModel.DataAnnotations.dll");
cp.ReferencedAssemblies.Add("Newtonsoft.Json.dll");
CompilerResults result = provider.CompileAssemblyFromSource(cp, csCode);
List<string> errList = new List<string>();
if (result.Errors.Count > 0)
{
foreach (CompilerError err in result.Errors)
{
errList.Add(string.Format("Line:{0},ErrorNumber:{1},ErrorText:{2}", err.Line, err.ErrorNumber, err.ErrorText));
}
MessageBox.Show("Compile error:\n" + string.Join("\n", errList));
return null;
}
dyAssembly = result.CompiledAssembly;
return dyAssembly.GetTypes().Select(t => t.FullName).ToList();
}
private string ToJsonString(string targetType)
{
if (dyAssembly == null)
{
MessageBox.Show("dyAssembly is null!");
return null;
}
var type = dyAssembly.GetType(targetType);
var typeConstructor = type.GetConstructor(Type.EmptyTypes);
var obj = typeConstructor.Invoke(null);
return JsonConvert.SerializeObject(obj, Formatting.Indented, new JsonSerializerSettings { DateFormatString = "yyyy-MM-dd HH:mm:ss" });
}
Json to Class code 先使用JObject.Parse将json字符串转换为通用的JSON类型实例，然后直接通过获取所有JSON属性集合并遍历这些属性，通过判断属性节点的类型，若是子JSON类型【即：JObject】则创建对象属性字符串 同时递归查找子对象，若是数组类型【即：JArray】则创建List集合属性字符串，同时进一步判断数组的元素类型，若是子JSON类型【即：JObject】则仍是递归查找子对象，最终拼接成所有类及其子类的class定义源代码字符串。核心代码如下：
private string ToClassCode(JObject jObject, string className)
{
var classCodes = new Dictionary<string, string>();
classCodes.Add(className, BuildClassCode(jObject, className, classCodes));
StringBuilder codeBuidler = new StringBuilder();
foreach (var code in classCodes)
{
codeBuidler.AppendLine(code.Value);
}
return codeBuidler.ToString();
}
private Dictionary<JTokenType, string> jTokenBaseTypeMappings = new Dictionary<JTokenType, string> {
{ JTokenType.Integer,"int" },{ JTokenType.Date,"DateTime" },{ JTokenType.Bytes,"byte[]"},{ JTokenType.Boolean,"bool"},{ JTokenType.String,"string"},
{ JTokenType.Null,"object"},{ JTokenType.Float,"float"},{ JTokenType.TimeSpan,"long"}
};
private string BuildClassCode(JObject jObject, string className, Dictionary<string, string> classCodes)
{
StringBuilder classBuidler = new StringBuilder();
classBuidler.Append("public class " + className + " \r\n { \r\n");
foreach (var jProp in jObject.Properties())
{
string propClassName = "object";
if (jProp.Value.Type == JTokenType.Object)
{
if (jProp.Value.HasValues)
{
propClassName = GetClassName(jProp.Name);
if (classCodes.ContainsKey(propClassName))
{
propClassName = className + propClassName;
}
classCodes.Add(propClassName, BuildClassCode((JObject)jProp.Value, propClassName, classCodes));
}
classBuidler.AppendFormat("public {0} {1} {2}\r\n", propClassName, jProp.Name, "{get;set;}");
}
else if (jProp.Value.Type == JTokenType.Array)
{
if (jProp.Value.HasValues)
{
var jPropArrItem = jProp.Value.First;
if (jPropArrItem.Type == JTokenType.Object)
{
propClassName = GetClassName(jProp.Name);
if (classCodes.ContainsKey(propClassName))
{
propClassName = className + propClassName;
}
propClassName += "Item";
classCodes.Add(propClassName, BuildClassCode((JObject)jPropArrItem, propClassName, classCodes));
}
else
{
if (jTokenBaseTypeMappings.ContainsKey(jPropArrItem.Type))
{
propClassName = jTokenBaseTypeMappings[jPropArrItem.Type];
}
else
{
propClassName = jPropArrItem.Type.ToString();
}
}
}
classBuidler.AppendFormat("public List<{0}> {1} {2}\r\n", propClassName, jProp.Name, "{get;set;}");
}
else
{
if (jTokenBaseTypeMappings.ContainsKey(jProp.Value.Type))
{
propClassName = jTokenBaseTypeMappings[jProp.Value.Type];
}
else
{
propClassName = jProp.Value.Type.ToString();
}
classBuidler.AppendFormat("public {0} {1} {2} \r\n", propClassName, jProp.Name, "{get;set;}");
}
}
classBuidler.Append("\r\n } \r\n");
return classBuidler.ToString();
}
把JSON字符串转换为class类源代码，除了我这个工具外，网上也有一些在线的转换网页可以使用，另外我再分享一个小技巧，即：直接利用VS的编辑-》【选择性粘贴】，然后选择粘贴成JSON类或XML即可，菜单位置：
通过这种粘贴到JSON与我的这个工具的效果基本相同，只是多种选择而矣。
JsonConverter工具已开源并上传至GitHub，地址：https://github.com/zuowj/JsonConverter
二、JSON操作技巧篇
下面再讲讲JSON数据的读写操作技巧。
一般操作JSON，大多要么是把class类的实例数据序列化成JSON字符串，以便进行网络传输，要么是把JSON字符串反序列化成class类的数据实例，以便可以在程序获取这些数据。然而其实还有一些不常用的场景，也是与JSON有关，详见如下说明。
场景一：如果已有JSON字符串，现在需要获得指定属性节点的数据，且指定的属性名不确定，由外部传入或逻辑计算出来的【即：不能直接在代码中写死要获取的属性逻辑】，那么这时该如何快速的按需获取任意JSON节点的数据呢？
常规解决方案：先反序列化成某个class的实例对象（或JObject实例对象），然后通过反射获取属性，并通过递归及比对属性名找出最终的属性，最后返回该属性的值。
场景二：如果已有某个class实例对象数据，现在需要动态更改指定属性节点的数据【即动态给某个属性赋值】，该如何操作呢？
常规解决方案：通过反射获取属性，并通过递归及比对属性名找出最终的属性，最后通过反射给该属性设置值。
场景三：如果已有JSON字符串，现在需要动态添加新属性节点，该属性节点可以是任意嵌套子对象的属性节点中，该如何操作呢？
常规解决方案：先反序列化成JObject实例对象，然后递归查找目标位置，最后在指定的位置创建新的属性节点。
三种场景归纳一下其实就是需要对JSON的某个属性节点数据可以快速动态的增、改、删、查操作，然而常规则解决方案基本上都是需要靠递归+反射+比对，运行性能可想而知，而我今天分享的JSON操作技巧就是解决上述问题的。
重点来了，我们可以通过JPath表达式来快速定位查找JSON的属性节点，就像XML利用XPath一样查找DOM节点。
JPath表达式是什么呢？ 详见：https://goessner.net/articles/JsonPath/ ，Xpath与JSONPath对比用法如下图示（图片来源于https://goessner.net/articles/JsonPath/文中）：
代码中如何使用JPath表达式呢？使用JObject.SelectTokens 或 SelectToken方法即可，我们可以使用SelectTokens("jpath")表达式直接快速定位指定的属性节点，然后就可以获得该属性节点的值，若需要该属性设置值，则可以通过该节点找到对应的所属属性信息进行设置值即可，而动态根据指定位置【一般是某个属性节点】添加一个新的属性节点，则可以直接使用JToken的AddBeforeSelf、AddAfterSelf在指定属性节点的前面或后面创建同级新属性节点，是不是非常简单。原理已说明，最后贴出已封装好的实现代码：
using Newtonsoft.Json.Linq;
using System;
using System.Collections.Generic;
using System.Linq;
namespace Zuowj.EasyUtils
{
/// <summary>
/// JObject扩展类
/// author:zuowenjun
/// 2019-6-15
/// </summary>
public static class JObjectExtensions
{
/// <summary>
/// 根据Jpath查找JSON指定的属性节点值
/// </summary>
/// <param name="jObj"></param>
/// <param name="fieldPath"></param>
/// <returns></returns>
public static IEnumerable<JToken> FindJsonNodeValues(this JObject jObj, string fieldPath)
{
var tks = jObj.SelectTokens(fieldPath, true);
List<JToken> nodeValues = new List<JToken>();
foreach (var tk in tks)
{
if (tk is JProperty)
{
var jProp = tk as JProperty;
nodeValues.Add(jProp.Value);
}
else
{
nodeValues.Add(tk);
}
}
return nodeValues;
}
/// <summary>
/// 根据Jpath查找JSON指定的属性节点并赋值
/// </summary>
/// <param name="jObj"></param>
/// <param name="fieldPath"></param>
/// <param name="value"></param>
public static void SetJsonNodeValue(this JObject jObj, string fieldPath, JToken value)
{
var tks = jObj.SelectTokens(fieldPath, true);
JArray targetJArray = null;
List<int> arrIndexs = new List<int>();
foreach (var tk in tks)
{
JProperty jProp = null;
if (tk is JProperty)
{
jProp = tk as JProperty;
}
else if (tk.Parent is JProperty)
{
jProp = (tk.Parent as JProperty);
}
else if (tk.Parent is JObject)
{
jProp = (tk.Parent as JObject).Property(tk.Path.Substring(tk.Path.LastIndexOf('.') + 1));
}
if (jProp != null)
{
jProp.Value = value;
}
else if (tk.Parent is JArray) //注意不能直接在for循环中对JArray元素赋值，否则会导致报错
{
targetJArray = tk.Parent as JArray;
arrIndexs.Add(targetJArray.IndexOf(tk));
}
else
{
throw new Exception("无法识别的元素");
}
}
//单独对找到的数组元素进行重新赋值
if (targetJArray != null && arrIndexs.Count > 0)
{
foreach (int i in arrIndexs)
{
targetJArray[i] = value;
}
}
}
/// <summary>
/// 在指定的JPath的属性节点位置前或后创建新的属性节点
/// </summary>
/// <param name="jObj"></param>
/// <param name="fieldPath"></param>
/// <param name="name"></param>
/// <param name="value"></param>
/// <param name="addBefore"></param>
/// <returns></returns>
public static void AppendJsonNode(this JObject jObj, string fieldPath, string name, JToken value, bool addBefore = false)
{
var nodeValues = FindJsonNodeValues(jObj, fieldPath);
if (nodeValues == null || !nodeValues.Any()) return;
foreach (var node in nodeValues)
{
var targetNode = node;
if (node is JObject) //注意只能对普能单值 的JToken对象（JProptery）允许添加，若不是则应找对应的属性信息
{
targetNode = node.Parent;
}
var jProp = new JProperty(name, value);
if (addBefore)
{
targetNode.AddBeforeSelf(jProp);
}
else
{
targetNode.AddAfterSelf(jProp);
}
}
}
}
}
用法示例如下代码：
var jsonObj = new
{
Root = new
{
Lv1 = new
{
col1 = 123,
col2 = true,
col3 = new
{
f1 = "aa",
f2 = "bb",
f3 = "cc",
Lv2 = new
{
flv1 = 1,
flv2 = "flv2-2"
}
}
}
},
Main = new[] {
new{
mf1="x",
mf2="y",
mf3=123
},
new{
mf1="x2",
mf2="y2",
mf3=225
}
}
};
string json = JsonConvert.SerializeObject(jsonObj, Formatting.Indented);
Console.WriteLine("JSON1:" + json);
var jObj = JObject.FromObject(jsonObj); //JObject.Parse(json);
var findResult = jObj.FindJsonNodeValues("Root.Lv1.col3.Lv2.*");
Console.WriteLine("FindJsonNodeValues:" + string.Join(",", findResult));
jObj.SetJsonNodeValue("Main[*].mf2", "*changed value*");
json = JsonConvert.SerializeObject(jObj, Formatting.Indented);
Console.WriteLine("JSON2:" + json);
jObj.AppendJsonNode("Root.Lv1.col3.Lv2", "LV2-New", JObject.FromObject(new {flv21="a2",flv22=221,flv23=true }));
// jObj.AppendJsonNode("Root.Lv1.col3.Lv2", "LV2-2","single value");
json = JsonConvert.SerializeObject(jObj, Formatting.Indented);
Console.WriteLine("JSON3:" + json);
Console.ReadKey();
控制台输出的结果如下：可以观察JSON1（原JSON），JSON2（改变了JSON值）,JSON3（增加了JSON属性节点）
JSON1:{
"Root": {
"Lv1": {
"col1": 123,
"col2": true,
"col3": {
"f1": "aa",
"f2": "bb",
"f3": "cc",
"Lv2": {
"flv1": 1,
"flv2": "flv2-2"
}
}
}
},
"Main": [
{
"mf1": "x",
"mf2": "y",
"mf3": 123
},
{
"mf1": "x2",
"mf2": "y2",
"mf3": 225
}
]
}
FindJsonNodeValues:1,flv2-2
JSON2:{
"Root": {
"Lv1": {
"col1": 123,
"col2": true,
"col3": {
"f1": "aa",
"f2": "bb",
"f3": "cc",
"Lv2": {
"flv1": 1,
"flv2": "flv2-2"
}
}
}
},
"Main": [
{
"mf1": "x",
"mf2": "*changed value*",
"mf3": 123
},
{
"mf1": "x2",
"mf2": "*changed value*",
"mf3": 225
}
]
}
JSON3:{
"Root": {
"Lv1": {
"col1": 123,
"col2": true,
"col3": {
"f1": "aa",
"f2": "bb",
"f3": "cc",
"Lv2": {
"flv1": 1,
"flv2": "flv2-2"
},
"LV2-New": {
"flv21": "a2",
"flv22": 221,
"flv23": true
}
}
}
},
"Main": [
{
"mf1": "x",
"mf2": "*changed value*",
"mf3": 123
},
{
"mf1": "x2",
"mf2": "*changed value*",
"mf3": 225
}
]
}
好了，本文的内容就分享到这里。更多以往的编码实用技巧详见：《近期开发项目中用到的编码小技巧汇总说明(二)》；
温馨提示：近期还会分期更多编程实用技能，欢迎关注评论，谢谢！
