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RapidJSON 处理 JSON（高性能 C++ 库）（四）

news 来源：原创 2025/5/26 9:39:12

第四部分：RapidJSON 处理 JSON（高性能 C++ 库）

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一：RapidJSON 库概述与环境配置

1.1 RapidJSON 是什么？

​ RapidJSON 是一个高效、可移植的 C++ JSON 解析库，专为高性能应用设计。它具有以下特点：

​ 超快：比许多 JSON 库（如 cJSON、JSONCPP）解析速度更快，适用于高性能应用。

​ 全功能：支持DOM（文档对象模型）解析和SAX（流式解析），适用于不同场景。

​ 零依赖：仅使用 C++ 标准库，无需额外的库支持。

1.2 RapidJSON 适用场景

​ 大规模数据处理（如日志分析、金融数据解析）。

​ 游戏开发（解析游戏配置）。

​ 嵌入式开发（存储和解析 IoT 设备 JSON 数据）。

​ 高并发服务器（解析 API 响应，提高吞吐量）。

1.3 下载和安装 RapidJSON

方法 1：使用 vcpkg安装（推荐）（Windows / Linux）

#如果使用 vcpkg 作为包管理工具，可以直接安装：
vcpkg install rapidjson

方法 2：使用系统包管理器

  • Ubuntu/Debian：
sudo apt install rapidjson-dev
  • Mac（Homebrew）：
brew install rapidjson

安装后，在 CMakeLists.txt 中添加：

find_package(RapidJSON CONFIG REQUIRED)

然后在代码中：

#include <rapidjson/document.h>

方法 2：手动下载

1.从 RapidJSON GitHub 下载源码。

访问该页面，点击绿色的 Code 按钮，选择 Download ZIP，然后解压缩到你本地的某个目录，或者使用 Git 命令进行克隆：

git clone https://github.com/Tencent/rapidjson.git

2.将 include目录加入项目：

#include "rapidjson/document.h"
#include "rapidjson/prettywriter.h" // 用于格式化输出
#include "rapidjson/stringbuffer.h" // 用于缓存输出

这些头文件提供了 RapidJSON 主要功能的接口：

  • document.h：用于解析 JSON 数据并创建 JSON 对象。

  • prettywriter.h：用于将 JSON 数据格式化为易读的字符串。

  • stringbuffer.h：用于将 JSON 数据写入字符串。

3.RapidJSON 仅包含头文件，因此无需编译。

​ RapidJSON 是只有头文件的 C++ 库。只需把 include/rapidjson 目录复制至系统或项目的 include 目录中。

1.4 在 C++ 项目中集成 RapidJSON（CMake / vcpkg）

如果项目使用 CMake，可以这样安装：

  1. 在 CMakeLists.txt中添加：

    include(FetchContent)
FetchContent_Declare(
    rapidjson
    GIT_REPOSITORY https://github.com/Tencent/rapidjson.git
    GIT_TAG master
)
FetchContent_MakeAvailable(rapidjson)

  2. 然后在代码中 #include <rapidjson/document.h> 直接使用。

使用示例：

#include <iostream>
#include <rapidjson/document.h>

int main() {
   
    const char* json = R"({"name": "Alice", "age": 25, "skills": ["C++", "Python"]})";

    // 解析 JSON
    rapidjson::Document doc;
    doc.Parse(json);

    // 读取数据
    if (doc.HasMember("name") && doc["name"].IsString()) {
   
        std::cout << "Name: " << doc["name"].GetString() << std::endl;
    }
    if (doc.HasMember("age") && doc["age"].IsInt()) {
   
        std::cout << "Age: " << doc["age"].GetInt() << std::endl;
    }
    if (doc.HasMember("skills") && doc["skills"].IsArray()) {
   
        std::cout << "Skills: ";
        for (auto& skill : doc["skills"].GetArray()) {
   
            std::cout << skill.GetString() << " ";
        }
        std::cout << std::endl;
    }

    return 0;
}

二：使用 RapidJSON 解析 JSON

  • 解析 JSON 字符串为 RapidJSON DOM
  • 访问 JSON 对象的键值对和数组元素
  • 使用 SAX 解析大 JSON 文件（事件驱动方式）
2.1 解析 JSON 对象
2.1.1 解析基本 JSON

✅ 目标 JSON

{
   
    "name": "张三",
    "age": 30,
    "married": true
}

✅ C++ 代码

#include <iostream>
#include "rapidjson/document.h"

int main() {
   
    const char* json = R"({"name": "张三", "age": 30, "married": true})";

    rapidjson::Document doc;
    if (doc.Parse(json).HasParseError()) {
   
        cout << "JSON 解析失败！" << endl;
        return -1;
    }

    std::cout << "姓名: " << doc["name"].GetString() << endl;
    cout << "年龄: " << doc["age"].GetInt() << endl;
    cout << "已婚: " << (doc["married"].GetBool() ? "是" : "否") << endl;

    return 0;
}

✅ 输出

姓名: 张三
年龄: 30
已婚: 是
2.1.2 解析 JSON 数据并输出
#include <iostream>
#include "rapidjson/document.h"

int main() {
   
    // JSON 字符串
    const char* json = R"({
        "name": "John",
        "age": 30,
        "city": "New York"
    })";

    // 创建 RapidJSON 文档对象
    rapidjson::Document document;
    
    // 解析 JSON 字符串
    if (document.Parse(json).HasParseError()) {
   
        std::cerr << "JSON 解析失败!" << std::endl;
        return 1;
    }

    // 检查并输出每个成员
    if (document.HasMember("name") && document["name"].IsString()) {
   
        std::cout << "Name: " << document["name"].GetString() << std::endl;
    }

    if (document.HasMember("age") && document["age"].IsInt()) {
   
        std::cout << "Age: " << document["age"].GetInt() << std::endl;
    }

    if (document.HasMember("city") && document["city"].IsString()) {
   
        std::cout << "City: " << document["city"].GetString() << std::endl;
    }

    return 0;
}

代码说明：

  1. 创建 RapidJSON 文档对象：
    • rapidjson::Document document;：这是用来解析 JSON 数据的对象。它内部会保存 JSON 数据的结构。
  2. 解析 JSON 字符串：
    • document.Parse(json)：解析给定的 JSON 字符串。如果解析成功，返回值为 true，否则会返回错误信息。
  3. 检查 JSON 成员并输出：
    • HasMember("name")：检查 JSON 对象是否包含名为 "name" 的字段。
    • document["name"].GetString()：从 JSON 对象中提取 "name" 字段的值，并作为字符串输出。
  4. 输出解析结果：
    • 根据 JSON 中的字段，程序将输出每个字段的内容，例如 "name": "John" 将输出 Name: John。

输出结果：

Name: John
Age: 30
City: New York
2.1.3 进一步扩展

你可以扩展这个示例，处理更多复杂的 JSON 数据，甚至解析嵌套的 JSON 对象或数组。

解析嵌套 JSON 对象

假设我们有一个更复杂的 JSON 字符串，包含嵌套的 JSON 对象：

{
   
  "name": "John",
  "age": 30,
  "address": {
   
    "street": "5th Avenue",
    "city": "New York"
  }
}

你可以如下解析：

#include <iostream>
#include "rapidjson/document.h"

int main() {
   
    const char* json = R"({
        "name": "John",
        "age": 30,
        "address": {
            "street": "5th Avenue",
            "city": "New York"
        }
    })";

    rapidjson::Document document;
    
    if (document.Parse(json).HasParseError()) {
   
        std::cerr << "JSON 解析失败!" << std::endl;
        return 1;
    }

    // 输出基础字段
    std::cout << "Name: " << document["name"].GetString() << std::endl;
    std::cout << "Age: " << document["age"].GetInt() << std::endl;

    // 解析嵌套的 JSON 对象 "address"
    if (document.HasMember("address") && document["address"].IsObject()) {
   
        const rapidjson::Value& address = document["address"];
        std::cout << "Street: " << address["street"].GetString() << std::endl;
        std::cout << "City: " << address["city"].GetString() << std::endl;
    }

    return 0;
}

输出结果：

Name: John
Age: 30
Street: 5th Avenue
City: New York

总结：

  • 使用 RapidJSON 可以方便地解析 JSON 字符串，提取其中的数据，并进行相应的处理。
  • 解析时需要检查字段是否存在，避免访问不存在的字段引发错误。
  • 可以解析简单的 JSON 字符串，也可以处理嵌套的 JSON 对象，甚至是数组等复杂数据结构。
2.2 解析 JSON 数组

📌 示例 2：解析数组

✅ 目标 JSON

{
   
    "cities": ["北京", "上海", "广州"]
}

✅ C++ 代码

const char* json = R"({"cities": ["北京", "上海", "广州"]})";
Document doc;
doc.Parse(json);

const Value& cities = doc["cities"];
for (SizeType i = 0; i < cities.Size(); i++) {
   
    cout << "城市 " << i + 1 << ": " << cities[i].GetString() << endl;
}

✅ 输出

城市 1: 北京
城市 2: 上海
城市 3: 广州
2.3 解析并格式化输出 JSON 数据

RapidJSON 提供了 PrettyWriter 类，允许你对 JSON 数据进行格式化输出，加入缩进、换行等

代码示例：解析并格式化输出 JSON 数据

#include <iostream>
#include "rapidjson/document.h"
#include "rapidjson/prettywriter.h"
#include "rapidjson/stringbuffer.h"

int main() {
   
    // 原始 JSON 字符串
    const char* json = R"({
        "name": "John",
        "age": 30,
        "city": "New York"
    })";

    // 创建 RapidJSON 文档对象
    rapidjson::Document document;
    
    // 解析 JSON 字符串
    if (document.Parse(json).HasParseError()) {
   
        std::cerr << "JSON 解析失败!" << std::endl;
        return 1;
    }

    // 创建一个 StringBuffer 用于保存格式化后的 JSON 字符串
    rapidjson::StringBuffer buffer;
    
    // 创建 PrettyWriter 对象，传入 StringBuffer
    rapidjson::PrettyWriter<rapidjson::StringBuffer> writer(buffer);
    
    // 将 JSON 数据格式化并输出到 StringBuffer
    document.Accept(writer);

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