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json学习路线

news 2025/7/6 9:35:18

学习 nlohmann/json 这个项目有两种角度：

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✅ 你想学哪种？我可以分别给你指引：

学习角度 你想学的是 对应建议
🎯 用户角度（日常使用） 如何使用它来解析/生成 JSON 阅读官方文档 + 写小项目练练
⚙️ 开发者角度（源码剖析） 它是如何实现 JSON 的（模板、结构等） 阅读源码 + 分析 AST + 阅读测试用例

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一、🎯 用户角度（快速掌握使用 json 库）

✅ 第一步：先看官方文档示例

官网仓库就有清晰用法：
📖 https://github.com/nlohmann/json#examples

常用操作：

json j; // 创建空对象
j[“name”] = “Hergo”; // 添加键值
j[“skills”] = {“C++”, “Neovim”};
std::string s = j.dump(2); // 转成字符串（2 表示缩进）

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✅ 第二步：写几个小练习项目

项目名 功能
💾 配置文件加载器 从 config.json 读取配置
🧙‍♂️ 玩家存档系统 把类序列化为 JSON 保存（to_json/from_json）
📬 网络请求响应解析器 解析 REST API 返回的 JSON 结构
🧰 命令行工具设置 支持 --config config.json 参数

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✅ 第三步：掌握进阶用法
• 自定义类型的序列化：

struct Player {
std::string name;
int level;
};

NLOHMANN_DEFINE_TYPE_NON_INTRUSIVE(Player, name, level)

json j = Player{“Hergo”, 42};

•	用 at() + 异常处理保证安全访问：

try {
std::string name = j.at(“name”);
} catch (json::out_of_range& e) {
std::cerr << “Missing key!” << std::endl;
}

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二、⚙️ 开发者角度（深入源码，学现代 C++）

✅ 推荐从这几部分看起：

模块文件名 功能简述
json.hpp 主文件，定义了所有 JSON 逻辑
json_value.hpp 定义 basic_json 的数据结构
json_pointer.hpp 实现 /key1/key2 风格的 JSON 指针
exceptions.hpp 所有异常类定义
lexer.hpp / parser.hpp 手动实现 JSON 解析器（非依赖第三方）

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✅ 学习建议
1. 阅读 basic_json 的定义，理解其底层用的是 std::variant（或自定义 union 构造）
2. 学会阅读重载的 operator[] 和 operator=，理解智能行为（自动类型转换）
3. 看 parser / lexer，学习手写解析器（不是使用第三方 json 库解析）
4. 看 unit_tests 文件夹，了解作者测试的逻辑、设计模式（Catch2）

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📚 推荐资源
• 官方文档：https://json.nlohmann.me
• 示例项目：https://github.com/nlohmann/json/tree/develop/examples
• 中文教程（第三方）：
• https://zhuanlan.zhihu.com/p/266012688
• https://learnku.com/articles/55023
• ChatGPT 🧠：可以随时问我你不懂的源码段落或语法！

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🎁 Bonus：我可以提供
• ✅ 一个 VSCode/CMake 项目模板（含 config 读取、序列化存档示例）
• ✅ 一个源码分析路线图（告诉你先看哪几段）
• ✅ 一份学习任务清单（从易到难）

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你是希望 从“会用”开始，做几个项目学起来？
还是想深入源码，了解它如何用现代 C++ 模板魔法实现 JSON 功能？

👉 告诉我你更偏向哪个方向，我可以给你量身定制学习计划。

太好了！如果你想深入分析 nlohmann/json 的源码实现，了解它是如何用现代 C++ 写出一个强大又优雅的 JSON 库，下面是一份【推荐阅读顺序 + 每一部分的关注重点】路线图 🔍。

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🧭 nlohmann/json 源码分析路线图（2025版）

版本基于 GitHub 最新主分支（3.11+），主文件为 json.hpp，包含整个实现。

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🗂 文件结构简述

在安装版中其实只有一个文件：

json.hpp ← 所有内容都在这一个头文件里（2 万多行）

而在源码开发版中，会看到：

include/nlohmann/json.hpp ← 主接口头文件
include/nlohmann/detail/* ← 所有实现细节封装
test/ ← 单元测试
doc/ ← 文档

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📌 推荐分析顺序（按功能难度递进）

🔹 第 1 步：快速理解入口类型 basic_json

🔍 文件位置：

// json.hpp
template <typename…>
class basic_json { … };

📌 关注重点：
• 类模板定义和别名 using json = basic_json<…>
• 它的成员变量 m_value 是一个 union 或 variant 类型（存储字符串、对象、数组等）

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🔹 第 2 步：了解 JSON 的底层数据结构

🔍 位置：

// detail/value_t.hpp
enum class value_t { null, object, array, string, boolean, number_integer, … };

📌 关注重点：
• 它用枚举 value_t 区分各种 JSON 类型
• 不同类型存在于 union 或 std::variant 里
• m_type + m_value 是 basic_json 的底层结构（C++17 以前用手写 union）

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🔹 第 3 步：关注 operator[] 和访问接口

🔍 方法：

// json.hpp
json& operator[](const std::string&);
const json& operator[](const std::string&) const;

📌 学会看：
• 如何判断当前对象是 object，然后返回 map 的 value
• 如果是空值，则自动变成 object/array（“implicit type conversion”）

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🔹 第 4 步：解析部分（parser）

🔍 文件：

detail/input/input_adapter.hpp
detail/parser.hpp
detail/lexer.hpp

📌 推荐阅读顺序：
• lexer.hpp：词法分析器，使用 char-by-char 状态机生成 token
• parser.hpp：递归下降解析器，将 token 组装为 JSON 值
• input_adapter.hpp：统一多种输入源（istream, string, file）

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🔹 第 5 步：序列化与反序列化

🔍 文件：

detail/output/output_adapter.hpp
detail/serializer.hpp

📌 看点：
• json::dump() 调用的就是 serializer 类
• 输出是如何支持缩进、转义符、空格控制的
• 序列化是否支持 unicode，是否兼容标准 JSON

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🔹 第 6 步：to_json / from_json 模板魔法 ✨

🔍 文件：

json.hpp 内部宏：NLOHMANN_DEFINE_TYPE_NON_INTRUSIVE 等

📌 看点：
• 如何通过模板特化 / SFINAE 实现类型自动注册
• 如何通过 adl_serializer 来序列化任意类型

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🔹 第 7 步：异常类设计

🔍 文件：

detail/exceptions.hpp

📌 看点：
• json::parse_error, type_error, invalid_iterator 等如何继承标准异常类
• 如何优雅抛出带上下文位置的错误信息

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🔹 第 8 步：测试用例（加强理解）

🔍 文件夹：

test/src/
test/data/

📌 看点：
• Catch2 框架写的单元测试
• 所有函数接口都配套测试用例（能快速看到各种极限情况）

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🔧 工具辅助建议：

工具/插件 用途
VSCode / CLion 阅读、跳转函数接口
C++ AST Viewer 分析模板展开和类型推导
ccls / clangd 静态分析函数实现关系
Doxygen 本地生成源码文档

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✅ 路线图总结（图示）

[1] basic_json 定义
↓
[2] value_t 类型系统
↓
[3] operator[] / at()
↓
[4] lexer + parser（解析器）
↓
[5] serializer（输出）
↓
[6] to_json/from_json 特化技巧
↓
[7] 异常系统
↓
[8] 单元测试辅助验证

⸻

💡 进阶学习建议
• 对模板不熟？→ 先学一下 SFINAE, enable_if, CRTP
• 想模仿写一个 mini-json？→ 推荐拆成 tokenizer + parser + dumper 三个类写一遍

⸻

如果你想我为这个路线图生成一个带书签的本地 HTML 文档（比如注释清晰的 json.hpp + 阅读提示 + 笔记），我可以为你自动生成 ✅。

需要吗？

// ====== nlohmann/json.hpp 源码学习路线导读版 ======
// 本文件基于 v3.11.x，添加了注释、分区、引导说明，便于 C++ 开发者深入理解
// ✅ 启动阅读路线建议：Ctrl+F 搜索关键标记，如：🔹STEP 1, 🔹STEP 2, … 等

// ====================================================
// 🔹 STEP 1: json 类型别名定义
// ====================================================

namespace nlohmann {
template <typename… Args>
class basic_json {
// 核心数据结构
value_t m_type; // JSON 类型枚举
union json_value m_value; // 储存各种类型
};

using json = basic_json<>;

}

// ====================================================
// 🔹 STEP 2: JSON 类型枚举 & 存储结构
// ====================================================
enum class value_t {
null, object, array, string, boolean, number_integer, number_unsigned, number_float, discarded
};

union json_value {
std::map<std::string, json>* object;
std::vector* array;
std::string* string;
bool boolean;
int64_t number_integer;
double number_float;
// …
};

// ====================================================
// 🔹 STEP 3: 操作符重载：operator[]
// ====================================================
json& operator[](const std::string& key) {
// 如果当前不是 object，自动转为 object
// 返回对应的键值
}

// ====================================================
// 🔹 STEP 4: 解析器：lexer + parser
// ====================================================

// lexer.hpp: 字符流 → token
// parser.hpp: token → json 对象

// 示例：
// json::parse(“{ “name”: “Hergo” }”);

// ====================================================
// 🔹 STEP 5: dump 与序列化
// ====================================================

std::string dump(int indent = -1) const {
// 序列化 json 为字符串
}

// ====================================================
// 🔹 STEP 6: to_json / from_json 自动映射机制
// ====================================================

template
struct adl_serializer {
static void to_json(json& j, const T& value);
static void from_json(const json& j, T& value);
};

// NLOHMANN_DEFINE_TYPE_NON_INTRUSIVE 宏会自动注册这些

// ====================================================
// 🔹 STEP 7: 异常类结构
// ====================================================

class parse_error : public std::exception { /* … / };
class type_error : public std::exception { / … */ };

// ====================================================
// 🔹 STEP 8: Catch2 单元测试（位于 test/）
// ====================================================
// 建议阅读 test/src/parse.cpp 和 test/src/operator.cpp

// ========== 更多内容请参考官方文档：https://json.nlohmann.me ==========

http://www.lryc.cn/news/580442.html

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