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cJSON(C语言JSON)库(适用于嵌入式序列化和反序列化)

作者：盐析白兔 | 2024-06-17 02:46:09

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cjson

JSON与序列化和反序列化

JSON (JavaScript Object Notation) 是一种轻量级的数据交换格式，它以易于阅读和编写的文本形式表示结构化数据。JSON 格式广泛用于将数据从一个应用程序传输到另一个应用程序，特别是在Web应用程序中，因为它与JavaScript兼容，容易在客户端和服务器之间进行数据交换。

JSON 数据由两种主要结构构成：

  1. 对象 (Object)：对象由一对大括号 {} 包围，内部包含一个或多个键值对（key-value pairs）。每个键值对中，键是字符串，值可以是字符串、数字、布尔值、数组、对象或者 null。键和值之间用冒号 : 分隔，键值对之间用逗号 , 分隔。

    例如：

    {
    "name": "John",
    "age": 30,
    "isStudent": false
}

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  2. 数组 (Array)：数组由一对方括号 [] 包围，内部包含一个或多个值，这些值可以是字符串、数字、布尔值、对象、数组或 null。数组中的值之间用逗号 , 分隔。

    例如：

    ["apple", "banana", "cherry"]

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序列化和反序列化是将数据从一种格式转换为另一种格式的过程：

  1. 序列化：序列化是将数据结构（如对象或数组）转换为 JSON 字符串的过程。在编程中，这通常用于将数据转换为可以在网络上传输或存储在文件中的格式。

    例如，在JavaScript中，使用 JSON.stringify() 方法可以将一个对象或数组序列化为JSON字符串：

    const data = { name: "John", age: 30 };
const jsonString = JSON.stringify(data);

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    这将生成以下JSON字符串：

    {"name":"John","age":30}

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  2. 反序列化：反序列化是将JSON字符串转换回原始数据结构的过程。这通常用于从网络或文件中读取JSON数据并将其还原为可供程序使用的数据结构。

    在JavaScript中，使用 JSON.parse() 方法可以将JSON字符串反序列化为原始对象或数组：

    const jsonString = '{"name":"John","age":30}';
const data = JSON.parse(jsonString);

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    这将把JSON字符串还原为一个包含相同数据的对象。

总之，JSON 是一种常用的数据格式，序列化和反序列化是将数据转换为JSON格式以及将其还原回原始数据结构的重要过程，用于数据交换和持久化存储。

cJSON（C语言JSON）库介绍

cJSON（C语言JSON）库是一个用于在C语言中解析和生成JSON数据的轻量级开源库。

仓库地址：

https://github.com/DaveGamble/cJSON

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它提供了简单而强大的API，使C语言程序能够轻松地处理JSON数据。cJSON库的主要特点包括：

  1. 轻量级：cJSON库非常小巧，因此它不会增加太多的内存开销或二进制文件大小，适用于嵌入式系统和资源受限的环境。

  2. 易于使用：cJSON提供了一组简单的API函数，使用户能够轻松地解析和生成JSON数据。这些API包括创建JSON对象、数组、字符串、数字等，以及将JSON数据解析成C语言数据结构。

  3. 跨平台：cJSON库是跨平台的，可以在多种操作系统和编译器上运行，因此适用于各种C语言项目。

  4. 开源：cJSON是开源的，允许用户免费使用和修改它，符合自由软件和开源软件的原则。

  5. 支持标准的JSON格式：cJSON库支持标准的JSON格式，可以正确处理JSON对象、数组、字符串、数字、布尔值和null等基本JSON数据类型。

以下是cJSON库的一些基本用法示例：

创建JSON对象和添加键值对：

cJSON *root = cJSON_CreateObject();
cJSON_AddStringToObject(root, "name", "John");
cJSON_AddNumberToObject(root, "age", 30);

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创建JSON数组和添加元素：

cJSON *array = cJSON_CreateArray();
cJSON_AddItemToArray(array, cJSON_CreateString("apple"));
cJSON_AddItemToArray(array, cJSON_CreateString("banana"));

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将JSON数据解析成C语言数据结构：

const char *jsonStr = "{\"name\":\"John\",\"age\":30}";
cJSON *root = cJSON_Parse(jsonStr);
const char *name = cJSON_GetObjectItem(root, "name")->valuestring;
int age = cJSON_GetObjectItem(root, "age")->valueint;

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生成JSON字符串：

char *jsonStr = cJSON_Print(root);

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需要注意的是，使用cJSON库时，应该小心处理内存分配和释放，以避免内存泄漏。cJSON提供了一些用于释放JSON对象的函数，以确保在使用完JSON数据后正确释放相关内存。

cJSON库通常用于C语言项目中需要与JSON数据进行交互的情况，例如与API通信、配置文件解析和生成等。由于其轻量级和易用性，它在许多C语言应用程序中得到了广泛的应用。

cJSON（C语言JSON）库使用

下载出来的文件会有很多 但是真正用到的就是只有cJSON.h cJSON.c

appveyor.yml  cJSON.c  cJSON_Utils.c  CMakeLists.txt   fuzzing  LICENSE  README.md  tests
CHANGELOG.md  cJSON.h  cJSON_Utils.h  CONTRIBUTORS.md  library_config  Makefile  test.c valgrind.supp

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将文件放到项目目录下 包含cJSON.h就可以使用了

序列化
常用函数介绍

  1. cJSON_AddNullToObject(cJSON * const object, const char * const name)：

    • 功能：将一个null值添加到JSON对象中。
    • 参数：
      • object - 目标JSON对象。
      • name - 要添加的键的名称（C字符串）。
    • 返回值：无。

  2. cJSON_AddTrueToObject(cJSON * const object, const char * const name)：

    • 功能：将true值添加到JSON对象中。
    • 参数：
      • object - 目标JSON对象。
      • name - 要添加的键的名称（C字符串）。
    • 返回值：无。

  3. cJSON_AddFalseToObject(cJSON * const object, const char * const name)：

    • 功能：将false值添加到JSON对象中。
    • 参数：
      • object - 目标JSON对象。
      • name - 要添加的键的名称（C字符串）。
    • 返回值：无。

  4. cJSON_AddBoolToObject(cJSON * const object, const char * const name, const cJSON_bool boolean)：

    • 功能：将布尔值添加到JSON对象中。
    • 参数：
      • object - 目标JSON对象。
      • name - 要添加的键的名称（C字符串）。
      • boolean - 要添加的布尔值，非零表示true，零表示false。
    • 返回值：无。

  5. cJSON_AddNumberToObject(cJSON * const object, const char * const name, const double number)：

    • 功能：将数字值添加到JSON对象中。
    • 参数：
      • object - 目标JSON对象。
      • name - 要添加的键的名称（C字符串）。
      • number - 要添加的双精度浮点数。
    • 返回值：无。

  6. cJSON_AddStringToObject(cJSON * const object, const char * const name, const char * const string)：

    • 功能：将字符串值添加到JSON对象中。
    • 参数：
      • object - 目标JSON对象。
      • name - 要添加的键的名称（C字符串）。
      • string - 要添加的C字符串。
    • 返回值：无。

  7. cJSON_AddRawToObject(cJSON * const object, const char * const name, const char * const raw)：

    • 功能：将原始JSON字符串添加到JSON对象中。这个方法允许您将已经是有效JSON的原始字符串添加到对象中，而不会进行额外的解析。
    • 参数：
      • object - 目标JSON对象。
      • name - 要添加的键的名称（C字符串）。
      • raw - 要添加的原始JSON字符串。
    • 返回值：无。

  8. cJSON_AddObjectToObject(cJSON * const object, const char * const name)：

    • 功能：创建一个新的JSON对象，并将其添加到父JSON对象中作为子对象。
    • 参数：
      • object - 目标JSON对象。
      • name - 要添加的键的名称（C字符串）。
    • 返回值：无。

  9. cJSON_AddArrayToObject(cJSON * const object, const char * const name)：

    • 功能：创建一个新的JSON数组，并将其添加到父JSON对象中作为子数组。
    • 参数：
      • object - 目标JSON对象。
      • name - 要添加的键的名称（C字符串）。
    • 返回值：无。
实例代码
#include<stdio.h>
#include"cJSON.h"

int main()
{
    cJSON* cjson_test = NULL;
    cJSON* cjson_address = NULL;
    cJSON* cjson_skill = NULL;
    char* str = NULL;

    /* 创建一个JSON数据对象(链表头结点) */
    cjson_test = cJSON_CreateObject();

    /* 添加一条字符串类型的JSON数据(添加一个链表节点) */
    cJSON_AddStringToObject(cjson_test, "name", "SysBent");

    /* 添加一条整数类型的JSON数据(添加一个链表节点) */
    cJSON_AddNumberToObject(cjson_test, "age", 22);

    /* 添加一条浮点类型的JSON数据(添加一个链表节点) */
    cJSON_AddNumberToObject(cjson_test, "weight", 55.5);

    /* 添加一个嵌套的JSON数据（添加一个链表节点） */
    cjson_address = cJSON_CreateObject();
    cJSON_AddStringToObject(cjson_address, "country", "China");
    cJSON_AddNumberToObject(cjson_address, "zip-code", 500000);
    cJSON_AddItemToObject(cjson_test, "address", cjson_address);

    /* 添加一个数组类型的JSON数据(添加一个链表节点) */
    cjson_skill = cJSON_CreateArray();
    cJSON_AddItemToArray(cjson_skill, cJSON_CreateString( "C/C++" ));
    cJSON_AddItemToArray(cjson_skill, cJSON_CreateString( "Java" ));
    cJSON_AddItemToArray(cjson_skill, cJSON_CreateString( "Python" ));
    cJSON_AddItemToObject(cjson_test, "skill", cjson_skill);

    /* 添加一个值为 True 的布尔类型的JSON数据(添加一个链表节点) */
    cJSON_AddTrueToObject(cjson_test,"student");

    /* 打印JSON对象(整条链表)的所有数据 */
    str = cJSON_Print(cjson_test);
    printf("JSON String:\n%s\n", str);
    return 0;
}

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反序列化
常用函数介绍

在cJSON库中，反序d列化是指将JSON字符串解析为C语言数据结构的过程。cJSON库提供了一些函数来实现这个过程，其中最常用的函数是 cJSON_Parse()。以下是关于这个函数的详细解释以及其他相关函数：

  1. cJSON_Parse(const char *value)：

    • 功能：将JSON字符串解析为相应的JSON对象或数组。
    • 参数：value - 包含JSON数据的C字符串。
    • 返回值：返回一个指向解析后的JSON对象或数组的指针。如果解析失败，返回NULL。

    示例：

    const char* json_str = "{\"name\":\"John\",\"age\":30}";
cJSON* parsed_json = cJSON_Parse(json_str);
if (parsed_json != NULL) {
    // 解析成功，可以继续操作解析后的JSON数据
    // ...
    cJSON_Delete(parsed_json); // 释放内存
} else {
    // 解析失败，处理错误
    // ...
}

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  2. cJSON_GetObjectItem(const cJSON *object, const char *string)：

    • 功能：获取JSON对象中指定键的值。
    • 参数：
      • object - 目标JSON对象。
      • string - 要获取值的键的名称（C字符串）。
    • 返回值：返回一个指向值的JSON对象或NULL（如果键不存在）。

    示例：

    const cJSON* name_item = cJSON_GetObjectItem(parsed_json, "name");
if (name_item != NULL) {
    const char* name = name_item->valuestring;
    printf("Name: %s\n", name);
}

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  3. cJSON_GetArrayItem(const cJSON *array, int index)：

    • 功能：获取JSON数组中指定索引位置的元素。
    • 参数：
      • array - 目标JSON数组。
      • index - 要获取的元素的索引（从0开始）。
    • 返回值：返回一个指向元素的JSON对象或NULL（如果索引越界）。

    示例：

    const cJSON* skill_item = cJSON_GetArrayItem(parsed_json, 0);
if (skill_item != NULL) {
    const char* skill = skill_item->valuestring;
    printf("Skill 1: %s\n", skill);
}

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  4. cJSON_GetArraySize(const cJSON *array)：

    • 功能：获取JSON数组的大小（元素数量）。
    • 参数：array - 目标JSON数组。
    • 返回值：返回数组的大小。

    示例：

    int array_size = cJSON_GetArraySize(parsed_json);
printf("Array Size: %d\n", array_size);

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这些函数使您能够在解析JSON字符串后，轻松地访问和提取JSON数据的值，以便在C语言程序中使用。要确保在使用完JSON数据后，通过 cJSON_Delete() 函数释放相关内存，以避免内存泄漏。

实例代码
#include <stdio.h>
#include "cJSON.h"

int main() {
    const char* json_str = "{\"name\":\"John\",\"age\":30,\"city\":\"New York\"}";
    cJSON* parsed_json = cJSON_Parse(json_str);

    if (parsed_json != NULL) {
        // 从JSON对象中获取数据
        const char* name = cJSON_GetObjectItem(parsed_json, "name")->valuestring;
        int age = cJSON_GetObjectItem(parsed_json, "age")->valueint;
        const char* city = cJSON_GetObjectItem(parsed_json, "city")->valuestring;

        // 打印获取的数据
        printf("Name: %s\n", name);
        printf("Age: %d\n", age);
        printf("City: %s\n", city);

        // 释放内存
        cJSON_Delete(parsed_json);
    } else {
        printf("JSON parsing failed.\n");
    }

    return 0;
}


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使用注意事项

在使用cJSON库时，需要特别注意内存管理问题，以避免内存泄漏或内存溢出。以下是在使用cJSON库时可能涉及的一些内存问题和如何处理它们的建议：

  1. 内存分配：

    • cJSON库在创建和操作JSON对象时会涉及内存分配。您需要确保在使用cJSON_CreateObject()、cJSON_CreateArray() 和其他创建函数时分配足够的内存。
    • 在嵌入式系统中，资源可能有限，因此要小心分配内存的数量和时机，以避免耗尽内存。

  2. 释放内存：

    • 在不再需要JSON对象时，应使用cJSON_Delete() 函数来释放内存。否则，可能会导致内存泄漏。
    • 确保释放嵌套的JSON对象以及数组元素的内存，以防止漏掉任何子对象。

  3. 释放序列化后的字符串内存：

    • 使用cJSON_Print() 函数将JSON对象序列化为字符串后，需要负责释放字符串内存，以免出现内存泄漏。
    • 使用free() 函数释放这些字符串内存。

  4. 错误处理：

    • 在分配内存和使用cJSON函数时，始终检查返回的指针是否为NULL。如果分配内存失败或解析JSON字符串失败，及时处理错误情况。

  5. 栈内存和堆内存：

    • 考虑JSON对象的大小，小型JSON对象可以分配在栈上，而大型对象可能需要在堆上分配内存。要根据实际情况选择合适的内存分配方式。

  6. 嵌套和循环引用：

    • 当涉及到嵌套JSON对象时，要小心处理循环引用。循环引用可能导致内存泄漏或无限递归。
    • 考虑使用引用计数或其他手段来管理嵌套对象的内存释放。

  7. 内存池：

    • 对于资源受限的嵌入式系统，您可以考虑实现一个内存池来管理cJSON库的内存分配。这可以帮助您更好地控制和优化内存使用。

总之，在使用cJSON库时，良好的内存管理非常重要。要小心处理内存分配、释放和错误处理，以确保您的应用程序在处理JSON数据时不会出现内存问题。同时，根据您的应用需求，考虑使用适当的内存优化策略。
以下是一个示例代码，演示了如何使用cJSON库创建和释放JSON对象以及处理可能涉及的内存问题：

#include <stdio.h>
#include "cJSON.h"

int main() {
    // 创建一个JSON对象
    cJSON* cjson_object = cJSON_CreateObject();
    
    if (cjson_object != NULL) {
        // 添加键值对到JSON对象
        cJSON_AddStringToObject(cjson_object, "name", "John");
        cJSON_AddNumberToObject(cjson_object, "age", 30);
        
        // 序列化JSON对象为字符串
        char* json_str = cJSON_Print(cjson_object);
        printf("Serialized JSON:\n%s\n", json_str);
        
        // 释放序列化后的字符串内存
        free(json_str);
        
        // 释放JSON对象内存
        cJSON_Delete(cjson_object);
    } else {
        printf("Failed to create JSON object.\n");
    }

    return 0;
}

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这个示例中，我们首先创建一个JSON对象 cjson_object，然后向它添加键值对。接下来，我们使用 cJSON_Print() 函数将JSON对象序列化为字符串，并使用 free() 函数释放序列化后的字符串内存。最后，我们使用 cJSON_Delete() 函数释放JSON对象的内存。

请注意，这个示例仅用于演示内存管理的基本原则。在实际应用中，您可能会处理更复杂的JSON结构，嵌套对象和数组，因此需要更复杂的内存管理策略来确保没有内存泄漏或错误。

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