c# 如何实现一个简单的json解析器

一、JSON格式介绍

• JSON(JavaScript Object Notation) 是一种轻量级的数据交换格式。相对于另一种数据交换格式 XML，JSON 有着很多优点。例如易读性更好，占用空间更少等。在 web 应用开发领域内，得益于 JavaScript 对 JSON 提供的良好支持，JSON 要比 XML 更受开发人员青睐。所以作为开发人员，如果有兴趣的话，还是应该深入了解一下 JSON 相关的知识。本着探究 JSON 原理的目的，我将会在这篇文章中详细向大家介绍一个简单的JSON解析器的解析流程和实现细节。由于 JSON 本身比较简单，解析起来也并不复杂。所以如果大家感兴趣的话，在看完本文后，不妨自己动手实现一个 JSON 解析器。好了，其他的话就不多说了，接下来让我们移步到重点章节吧。
• 在线JOSN校验格式化工具 如果在解析字符串的时候，拿不准这个是不是正确的JOSN，你可以在这个上面测试一下，有利于对自己代码的测试

二、解析原理介绍

• 解析对象{}

对象结构是{"Key":[值]}的格式，所以先解析到Key字符串，将Key解析出来，然后在解析到值，因为值有可能是【字符串、值类型、布尔类型、对象、数组、null】所以需要根据前缀得到类型，并调用相应的解析方法，循环解析到“}”对象结尾

• 解析数组[]

对象的结构是[[值],[值]]，因为值有可能是【字符串、值类型、布尔类型、对象、数组、null】所以需要根据前缀得到类型，并调用相应的解析方法，循环解析到]数组结尾

• 解析字符串

循环解析，需要判断是否遇到转义符\如果遇到，当前字符的下一个字符将是作为普通字符存入结果，如果遇到非转义的 " 字符则退出字符串读取方法，并返回结果

• 解析值类型

循环拉取[0-9]包括.符号，然后调用转换成double类型方法

• 解析布尔类型

转判断是 true 还是 false

• 解析null

转判断是否为 null

解析元素流程图

解析方法列表

例1 解析JSON

{"Name":"张三","Age":18}

1.解析第一个字符{发现是JSON对象结构，调用AnalysisJsonObject方法来解析JSON对象格式

2.解析对象的方法开始循环解析 Key-Value结构直到}对象尾部字符

• 先解析Key结构调用 ReadString来进行解析出Key字符串从而得到Name这个值
• 然后解析Value因为值可能是任意结构所以调用ReadElement来解析出一个JSON结构
• 读取第一个字符得到"从而知道这个Value是一个字符串，调用方法ReadString来读取到这个Value的值张三
• 读取下一个字符发现不是JSON对象的结尾字符}是,字符代表下面还存在一个Key-Value结构，继续读取
• 先解析Key结构调用 ReadString来进行解析出Key字符串从而得到Age这个值
• 然后解析Value因为值可能是任意结构所以调用ReadElement来解析出一个JSON结构
• 读取第一个字符发现是1是数字，代表下面的这个结构是数值类型调用方法ReadJsonNumber来读取数值类型
• 读取下一个字符发现是}是JSON对象的结尾字符，退出JSON对象解析，返回解析的JSON对象结构实例

例2 解析JSON

[{"科目":"语文","成绩":99}]

1.解析第一个字符[发现是JSON数组结构，调用方法AnalysisJsonArray方法来解析出JSON数组结构

解析循环解析JSON数据结构直到遇到]数组结构结尾字符

因为数组中每个元素都是可能是任意类型数据，所以调用ReadElement方法来解析值

读取值的第一个字符{发现是JSON对象类型调用AnalysisJsonObject方法解析JSON对象

先解析Key结构调用 ReadString来进行解析出Key字符串从而得到科目这个值

然后解析Value因为值可能是任意结构所以调用ReadElement来解析出一个JSON结构

读取第一个字符得到"从而知道这个Value是一个字符串，调用方法ReadString来读取到这个Value的值语文

读取下一个字符发现不是JSON对象的结尾字符}是,字符代表下面还存在一个Key-Value结构，继续读取

先解析Key结构调用 ReadString来进行解析出Key字符串从而得到成绩这个值

然后解析Value因为值可能是任意结构所以调用ReadElement来解析出一个JSON结构

读取第一个字符发现是9是数字，代表下面的这个结构是数值类型调用方法ReadJsonNumber来读取数值类型

读取下一个字符发现是}是JSON对象的结尾字符，退出JSON对象解析，返回解析的JSON对象结构实例

读取下一个字符发现是]JSON数组的结尾，退出解析JSON数组，返回解析的JSON数组结构实例

三、代码实现

  /// <summary>
  /// JSON解析类型
  /// </summary>
  public static class JsonConvert
  {
    /// <summary>
    /// 解析JSON
    /// </summary>
    /// <param name="text">待解析的JSON字符串</param>
    /// <returns>解析完成的JSON结构对象</returns>
    public static JsonElement AnalysisJson(string text)
    {
      var index = 0;
      //读取到非空白字符
      ReadToNonBlankIndex(text, ref index);
      if (text[index++] == '[')
        //解析数组
        return AnalysisJsonArray(text, ref index);
      //解析对象
      return AnalysisJsonObject(text, ref index);
    }

    /// <summary>
    /// 解析JSON对象
    /// </summary>
    /// <param name="text">JSON字符串</param>
    /// <param name="index">开始索引位置</param>
    /// <returns>JSON对象</returns>
    private static JsonObject AnalysisJsonObject(string text, ref int index)
    {
      var jsonArray = new JsonObject();
      do
      {
        ReadToNonBlankIndex(text, ref index);
        if (text[index] != '"') throw new JsonAnalysisException($"不能识别的字符“{text[index]}”！应为“\"”",index);
        index++;
        //读取字符串
        var name = ReadString(text, ref index);
        ReadToNonBlankIndex(text, ref index);
        if (text[index] != ':') throw new JsonAnalysisException($"不能识别的字符“{text[index]}”！",index);
        index++;
        ReadToNonBlankIndex(text, ref index);
        if (jsonArray.ContainsKey(name)) throw new JsonAnalysisException($"已经添加键值：“{name}”",index);
        //读取下一个Element
        jsonArray.Add(name, ReadElement(text, ref index));
        //读取到非空白字符
        ReadToNonBlankIndex(text, ref index);
      } while (text[index++] != '}');

      return jsonArray;
    }

    /// <summary>
    /// 解析JSON数组
    /// </summary>
    /// <param name="text">JSON字符串</param>
    /// <param name="index">开始索引位置</param>
    /// <returns>JSON数组</returns>
    private static JsonArray AnalysisJsonArray(string text, ref int index)
    {
      var jsonArray = new JsonArray();
      do
      {
        ReadToNonBlankIndex(text, ref index);
        //读取下一个Element
        jsonArray.Add(ReadElement(text, ref index));
        //读取到非空白字符
        ReadToNonBlankIndex(text, ref index);
      } while (text[index++] != ']');

      return jsonArray;
    }

    /// <summary>
    /// 读取JSONElement
    /// </summary>
    /// <param name="text">字符串</param>
    /// <param name="index">开始下标</param>
    /// <returns>下一个Element</returns>
    private static JsonElement ReadElement(string text, ref int index)
    {
      switch (text[index++])
      {
        case '[':
          return AnalysisJsonArray(text, ref index);
        case '{':
          return AnalysisJsonObject(text, ref index);
        case '"':
          return new JsonString(ReadString(text, ref index));
        case 't':
          return ReadJsonTrue(text, ref index);
        case 'f':
          return ReadJsonFalse(text, ref index);
        case 'n':
          return ReadJsonNull(text, ref index);
        case '0':
        case '1':
        case '2':
        case '3':
        case '4':
        case '5':
        case '6':
        case '7':
        case '8':
        case '9':
          return ReadJsonNumber(text, ref index);
        default:
          throw new JsonAnalysisException($"未知Element“{text[index]}”应该为【[、{{、\"、true、false、null】", index);
      }
    }

    /// <summary>
    /// 读取值类型
    /// </summary>
    /// <param name="text">JSON字符串</param>
    /// <param name="index">开始索引</param>
    /// <returns>JSON数值类型</returns>
    private static JsonNumber ReadJsonNumber(string text, ref int index)
    {
      var i = index;
      while (i < text.Length && char.IsNumber(text[i]) || text[i] == '.') i++;
      if (double.TryParse(text.Substring(index - 1, i - index + 1), out var value))
      {
        index = i;
        return new JsonNumber(value);
      }

      throw new JsonAnalysisException("不能识别的数字类型！", i);
    }

    /// <summary>
    /// 读取NULL
    /// </summary>
    /// <param name="text">JSON字符串</param>
    /// <param name="index">开始索引</param>
    /// <returns>读取NULL</returns>
    private static JsonNull ReadJsonNull(string text, ref int index)
    {
      if (text[index++] == 'u' &&
        text[index++] == 'l' &&
        text[index++] == 'l')
      {
        return new JsonNull();
      }

      throw new JsonAnalysisException("读取null出错！", index);
    }

    /// <summary>
    /// 读取FALSE
    /// </summary>
    /// <param name="text">JSON字符串</param>
    /// <param name="index">开始索引</param>
    /// <returns>布尔值-假</returns>
    private static JsonBoolean ReadJsonFalse(string text, ref int index)
    {
      if (text[index++] == 'a' &&
        text[index++] == 'l' &&
        text[index++] == 's' &&
        text[index++] == 'e')
      {
        return new JsonBoolean(false);
      }

      throw new JsonAnalysisException("读取布尔值出错！", index);
    }

    /// <summary>
    /// 读取TRUE
    /// </summary>
    /// <param name="text">JSON字符串</param>
    /// <param name="index">开始索引</param>
    /// <returns>布尔值-真</returns>
    private static JsonBoolean ReadJsonTrue(string text, ref int index)
    {
      if (text[index++] == 'r' &&
        text[index++] == 'u' &&
        text[index++] == 'e')
      {
        return new JsonBoolean(true);
      }
      throw new JsonAnalysisException("读取布尔值出错！",index);
    }

    /// <summary>
    /// 读取字符串
    /// </summary>
    /// <param name="text">JSON字符串</param>
    /// <param name="index">开始索引</param>
    /// <returns>字符串值</returns>
    private static string ReadString(string text, ref int index)
    {
      //是否处于转义状态
      var value = new StringBuilder();
      while (index < text.Length)
      {
        var c = text[index++];
        if (c == '\\')
        {
          value.Append('\\');
          if (index >= text.Length)
            throw new JsonAnalysisException("未知的结尾！",index);
          c = text[index++];
          value.Append(c);
          if (c == 'u')
          {
            for (int i = 0; i < 4; i++)
            {
              c = text[index++];
              if (IsHex(c))
              {
                value.Append(c);
              }
              else
              {
                throw new JsonAnalysisException("不是有效的Unicode字符！",index);
              }
            }
          }
        }
        else if (c == '"')
        {
          break;
        }
        else if (c == '\r' || c == '\n')
        {
          throw new JsonAnalysisException("传入的JSON字符串内容中不允许有换行！",index);
        }
        else
        {
          value.Append(c);
        }
      }

      return value.ToString();
    }

    /// <summary>
    /// 判断是否为16进制字符
    /// </summary>
    private static bool IsHex(char c)
    {
      return c >= '0' && c <= '9' || c >= 'a' && c <= 'z' || c >= 'A' && c <= 'Z';
    }

    /// <summary>
    /// 读取到非空白字符
    /// </summary>
    /// <param name="text">字符串</param>
    /// <param name="index">开始下标</param>
    /// <returns>非空白字符下标</returns>
    private static void ReadToNonBlankIndex(string text, ref int index)
    {
      while (index < text.Length && char.IsWhiteSpace(text[index])) index++;
    }
  }

完整DEMO代码下载

Github项目地址（会持续更新）：DEMO代码

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