C语言中JSON数据解析与转换：从文本到结构化数据
JSON (JavaScript Object Notation)作为一种轻量级的数据交换格式，因其易于人阅读和编写，同时也易于机器解析和生成，在当今的软件开发中得到了广泛应用，特别是在网络通信、配置文件存储等领域，JSON几乎成为了标准格式，C语言本身并没有内置对JSON的原生支持，因此当我们在C语言程序中需要处理JSON数据，将其转换为程序内部的数据结构（如结构体、数组等）时，就需要借助第三方库，本文将详细介绍在C语言中如何使用常见的JSON库来完成JSON到数据的转换。
为什么需要JSON库？
JSON本质上是一个文本字符串,它描述了复杂的数据结构。
{
"name": "John Doe",
"age": 30,
"isStudent": false,
"courses": ["Math", "Science"],
"address": {
"street": "123 Main St",
"city": "New York"
}
}
要在C语言中使用这些数据,我们需要手动解析这个字符串，识别出键（name, age等）和对应的值（"John Doe", 30, false等），并将它们正确地存储到C语言的数据结构中（如char*、int、bool、数组和嵌套结构体），这个过程非常繁琐且容易出错，JSON库正是为了简化这一任务而存在的，它们提供了解析器，能够将JSON字符串自动转换为C语言中的相应数据结构，并提供便捷的API来访问这些数据。
常用的C语言JSON库
在C语言生态中,有几个流行的JSON库，它们各有特点：
- cJSON：一个轻量级、单文件的C库，非常受欢迎，它简单易用，无需复杂的依赖，适合快速集成。
- Jansson：功能丰富、性能较好，提供更高级的抽象，如迭代器、支持JSON Schema等。
- json-c：另一个广泛使用的库，提供完整的JSON处理功能。
- RapidJSON：以高性能著称，支持SAX和DOM两种解析模式，但可能相对复杂一些。
本文将以cJSON为例，详细介绍JSON到数据的转换过程，因为它的简单性非常适合初学者理解核心概念。
使用cJSON库进行JSON转换
获取和集成cJSON
你需要获取cJSON库,你可以从其GitHub仓库（https://github.com/DaveGamble/cJSON）下载，cJSON是单文件的，所以你只需要下载cJSON.h和cJSON.c文件，然后将它们包含到你的项目中，并编译cJSON.c。
解析JSON字符串并转换为cJSON对象
转换的第一步是将JSON字符串解析成一个cJSON对象（实际上是cJSON*类型的指针，它代表了JSON树中的一个节点）。
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include "cJSON.h"
int main() {
const char *json_string = "{"
"\"name\": \"John Doe\","
"\"age\": 30,"
"\"isStudent\": false,"
"\"courses\": [\"Math\", \"Science\"],"
"\"address\": {"
" \"street\": \"123 Main St\","
" \"city\": \"New York\""
"}"
"}";
// 解析JSON字符串
cJSON *root = cJSON_Parse(json_string);
if (root == NULL) {
const char *error_ptr = cJSON_GetErrorPtr();
if (error_ptr != NULL) {
fprintf(stderr, "Error before: %s\n", error_ptr);
}
return 1;
}
// ... 在这里处理JSON数据 ...
// 释放内存
cJSON_Delete(root);
return 0;
}
cJSON_Parse()函数会解析JSON字符串并返回一个指向根cJSON对象的指针，如果解析失败，它会返回NULL，此时可以通过cJSON_GetErrorPtr()获取错误信息。
从cJSON对象中提取数据
解析成功后,我们可以通过cJSON提供的函数来遍历和提取数据。
提取字符串、数字、布尔值
cJSON_GetObjectItemCaseSensitive(const cJSON *object, const char *string)：根据键名获取对应的cJSON项。cJSON_IsString(const cJSON *item)：判断项是否为字符串。cJSON_IsNumber(const cJSON *item)：判断项是否为数字。cJSON_IsBool(const cJSON *item)：判断项是否为布尔值。cJSON_GetStringValue(const cJSON *item)：获取字符串值（返回const char*）。cJSON_GetNumberValue(const cJSON *item)：获取数值（返回double，对于整数可以强制转换）。cJSON_IsTrue(const cJSON *item)/cJSON_IsFalse(const cJSON *item)：判断布尔值。
// 提取name (字符串)
cJSON *name_item = cJSON_GetObjectItemCaseSensitive(root, "name");
if (cJSON_IsString(name_item)) {
printf("Name: %s\n", name_item->valuestring); // 或者 cJSON_GetStringValue(name_item)
}
// 提取age (数字)
cJSON *age_item = cJSON_GetObjectItemCaseSensitive(root, "age");
if (cJSON_IsNumber(age_item)) {
printf("Age: %d\n", (int)age_item->valuedouble); // 或者 cJSON_GetNumberValue(age_item)
}
// 提取isStudent (布尔值)
cJSON *is_student_item = cJSON_GetObjectItemCaseSensitive(root, "isStudent");
if (cJSON_IsBool(is_student_item)) {
printf("Is Student: %s\n", cJSON_IsTrue(is_student_item) ? "true" : "false");
}
提取数组
cJSON_IsArray(const cJSON *item)：判断项是否为数组。cJSON_GetArraySize(const cJSON *array)：获取数组长度。cJSON_GetArrayItem(const cJSON *array, int index)：获取数组中指定索引的项。
// 提取courses (数组)
cJSON *courses_item = cJSON_GetObjectItemCaseSensitive(root, "courses");
if (cJSON_IsArray(courses_item)) {
int course_count = cJSON_GetArraySize(courses_item);
printf("Courses (%d): ", course_count);
for (int i = 0; i < course_count; i++) {
cJSON *course = cJSON_GetArrayItem(courses_item, i);
if (cJSON_IsString(course)) {
printf("%s ", course->valuestring);
}
}
printf("\n");
}
提取嵌套对象
cJSON_IsObject(const cJSON *item)：判断项是否为对象。- 然后可以再次使用
cJSON_GetObjectItemCaseSensitive()来获取嵌套对象中的项。
// 提取address (嵌套对象)
cJSON *address_item = cJSON_GetObjectItemCaseSensitive(root, "address");
if (cJSON_IsObject(address_item)) {
cJSON *street_item = cJSON_GetObjectItemCaseSensitive(address_item, "street");
cJSON *city_item = cJSON_GetObjectItemCaseSensitive(address_item, "city");
if (cJSON_IsString(street_item) && cJSON_IsString(city_item)) {
printf("Address: %s, %s\n", street_item->valuestring, city_item->valuestring);
}
}
将数据转换为自定义C结构体（可选）
虽然cJSON提供了便捷的访问方式,但在实际应用中，我们更希望将这些数据直接映射到自定义的C语言结构体中，以便更好地组织和管理数据，这通常需要手动编写转换代码。
typedef struct {
char name[50];
int age;
int isStudent;
char courses[2][20]; // 假设最多2门课程
struct {
char street[50];
char city[30];
} address;
} Person;
void cJSONToPerson(cJSON *root, Person *person) {
cJSON *name_item = cJSON_GetObjectItemCaseSensitive(root, "name");
cJSON *age_item = cJSON_GetObjectItemCaseSensitive(root, "age");
cJSON *is_student_item = cJSON_GetObjectItemCaseSensitive(root, "isStudent");
cJSON *courses_item = cJSON_GetObjectItemCaseSensitive(root, "courses");
cJSON *address_item = cJSON_GetObjectItemCaseSensitive(root, "address");
if (cJSON_IsString(name_item)) snprintf(person->name, sizeof(person->name), "%s", name_item->valuestring);
if (cJSON_IsNumber(age_item)) person->age = (int)age_item->valuedouble;
if (cJSON_IsBool(is_student_item)) person->isStudent = cJSON_IsTrue(is_student_item) ? 1 : 0;
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