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[C++知识库]c++中nlohmann json的使用

一.json.hpp库下载及安装

1.1 开源地址及引入方法

??nlohmann json的开源项目地址，其中有对json使用方法的详细说明：

https://github.com/nlohmann/json#serialization–deserialization

??对于我们项目中要使用nlohmann json工具，只需要引入json.hpp这一个文件，其中包含所有接口函数，正如其文档中所述json.hpp文件在single_include/nlohmann目录下，我们只需要下载该文件即可：

git clone https://github.com/nlohmann/json/blob/develop/single_include/nlohmann/json.hpp

在这里插入图片描述如上图片所示，使用json.hpp文件需要关注两点：
??一是：#include <nlohmann/json.hpp>头文件路径的引入，这里将json.hpp文件放到linux系统中的/usr/local/include路径下，这是系统默认头文件路径，在编译时系统会自动查找该路径。我们在/usr/local/include路径下创建/nlohmann/json.hpp，如下图所示：
在这里插入图片描述 ??二是：在编译时需要指定c++11标准，-std=c++11。

1.2 demo程序测试

jsontest.cpp：

#include <iostream>
#include <nlohmann/json.hpp>   //引入json.hpp，该文件已经放在系统默认路径：/usr/local/include/nlohmann/json.hpp
using namespace std;
// for convenience
using json = nlohmann::json;

int main() 
{
  auto config_json = json::parse(R"({"happy": true, "pi": 3.141})");  //构建json对象
  cout << config_json << endl;   //输出json对象值
  return 0;
}

编译：

g++ jsontest.cpp -std=c++11

输出结果：

{“happy”:true,“pi”:3.141}

二.nlohmann json基本操作

2.1 由basic value创建json

两种方式创建json对象：赋值构造+直接构造

jsontest.cpp：

#include <iostream>
#include <nlohmann/json.hpp>   //引入json.hpp，该文件已经放在系统默认路径：/usr/local/include/nlohmann/json.hpp

using namespace std;
using json = nlohmann::json;    // for convenience 

int main() 
{
  //方式一：赋值构造
  json j1;
  j1["name"]="LeBorn Jame";//字符串  
  j1["number"]=23;         //整数
  j1["man"]=true;          //布尔值
  j1["children"]={"LeBorn Jr","Bryce Maximus","Zhuri"};//数组
  j1["behavior"]["funny"]="gigigigigigi";              //对象中元素值
  j1["wife"]={{"name","Savannah Brinson"},{"man",false}};//对象
  
  //方式二：直接构造
  json j2={
    {"name","LeBorn Jame"},
    {"number",23},
    {"man",true},
    {"children",{"LeBorn Jr","Bryce Maximus","Zhuri"}},
    {"behavior",{{"funny","gigigigigigi"}}},
    {"wife",{{"name","Savannah Brinson"},{"man",false}}}
  };

  cout << "j1: "<<j1 << endl;   //输出json对象值
  cout <<  "j2: "<<j2 << endl;   //输出json对象值
  return 0;
}

编译：

g++ jsontest.cpp -std=c++11

输出结果：

j1: {“behavior”:{“funny”:“gigigigigigi”},“children”:[“LeBorn Jr”,“Bryce Maximus”,“Zhuri”],“man”:true,“name”:“LeBorn Jame”,“number”:23,“wife”:{“man”:false,“name”:“Savannah Brinson”}}
j2: {“behavior”:{“funny”:“gigigigigigi”},“children”:[“LeBorn Jr”,“Bryce Maximus”,“Zhuri”],“man”:true,“name”:“LeBorn Jame”,“number”:23,“wife”:{“man”:false,“name”:“Savannah Brinson”}}

2.2 由json对象得到basic value

#include <iostream>
#include <string>

#include <nlohmann/json.hpp>   //引入json.hpp，该文件已经放在系统默认路径：/usr/local/include/nlohmann/json.hpp

using namespace std;

using json = nlohmann::json;    // for convenience 

int main() 
{
  //构建一个json对象hututu
  json hututu = {
      {"name","hututu"},
      {"age",18},
      {"gender",'m'},
      {"score",88.99},
      {"location",{"aaa","bbb","ccc"}},
  };
  //方式一
  auto name = hututu["name"].get<std::string>();  //获取“name”对应的value值，并转为string类型
  cout<<"name = "<<name<<endl;
  cout<<"type name = "<<typeid(name).name()<<endl;
  cout<<"----------------------"<<endl;
  //方式二
  auto location0 = hututu["location"][0].get<std::string>();
  auto location1 = hututu["location"][1].get<std::string>();
  auto location2 = hututu["location"].at(2).get<std::string>();
  cout<<"location0 = "<<location0<<endl;
  cout<<"location1 = "<<location1<<endl;
  cout<<"location2 = "<<location2<<endl;
  return 0;
}

输出结果：

name = hututu
type name = Ss
location0 = aaa
location1 = bbb
location2 = ccc

2.3 像操作stl container一样操作json value

#include <iostream>
#include <string>

#include <nlohmann/json.hpp>   //引入json.hpp，该文件已经放在系统默认路径：/usr/local/include/nlohmann/json.hpp

using namespace std;

using json = nlohmann::json;    // for convenience 

int main() 
{
  //构建一个json对象animalArray
  json animalArray={"cat","dog"};//定义一个数组类型的json对象
  animalArray.push_back("pig");//添加元素
  animalArray.emplace_back("duck");//C++11新方式添加元素，减少申请内存
  cout<<"animalArray: "<<animalArray<<endl;
  //使用is_array()函数判断对象类型，使用empty函数判断数量是否为空
  if(animalArray.is_array() && !animalArray.empty())
  {
      auto size=animalArray.size();          //使用size函数获取元素数量
      cout<<"animalArray size: "<<size<<endl;
      auto animalLast=animalArray.at(size-1).get<std::string>();
      cout<<"animalArray[size-1]: "<<animalLast<<endl;
      cout<<"/--------------------/"<<endl;
  }

  json animalObject={{"kind","dog"},{"height",50}};//定义一个对象类型的json对象
  animalObject.push_back({"color","red"});//插入元素
  animalObject.erase("kind");//删除键值
  cout<<"animalObject: "<<animalObject<<endl;
  animalObject["height"] = 99;   //通过key修改value值
  //判断是否含有某个键值方式一
  if(animalObject.contains("height"))//通过contains函数判断是否包含某个key
  {
      auto height=animalObject["height"].get<double>();
      cout<<"方式一:height: "<<height<<endl;
  }
  //判断是否含有某个键值方式二
  auto size=animalObject.count("height");//通过count函数计算某一个键的数量
  if(size>0)
  {
      cout<<"方式二:存在height键值"<<endl;
  }
  //判断是否含有某个键值方式三
  auto iter=animalObject.find("height");//通过find函数查找某个键的迭代器
  if(iter!=animalObject.end())
  {
      cout<<"方式三:存在height键值"<<endl;
  }
  //遍历输出键值方式1
  cout<<"遍历输出键值方式1:"<<endl;
  for(auto item:animalObject.items())
  {
      std::cout<<item.key()<<" "<<item.value()<<std::endl;
  }
  //遍历输出键值方式2
  cout<<"遍历输出键值方式2:"<<endl;
  for(auto iter=animalObject.begin();iter!=animalObject.end();++iter)
  {
      cout<<iter.key()<<" "<<iter.value()<<std::endl;
  }
  return 0;
}

输出结果：

animalArray: [“cat”,“dog”,“pig”,“duck”]
animalArray size: 4
animalArray[size-1]: duck
/--------------------/
animalObject: {“color”:“red”,“height”:50}
方式一:height: 99
方式二:存在height键值
方式三:存在height键值
遍历输出键值方式1:
color “red”
height 99
遍历输出键值方式2:
color “red”
height 99

三.json序列化与反序列化

3.1 json value和string

#include <iostream>
#include <string>

#include <nlohmann/json.hpp>   //引入json.hpp，该文件已经放在系统默认路径：/usr/local/include/nlohmann/json.hpp

using namespace std;

using json = nlohmann::json;    // for convenience 

int main() 
{
  //反序列化构建json对象，两种方式
  json hututu1 = "{\"name\":\"hututu\",\"age\":18,\"score\":88.99}"_json;//方式1，通过"_json"实现反序列化
  auto temp = R"({"name":"hututu","age":18,"score":88.99})";//使用原生字符串关键字R来避免转移字符，但这一句并没有序列化，hututu2只保存字符串而已，需要结合方式3实现反序列化
  json hututu2 = json::parse(temp);//方式2，通过静态函数"parse"实现反序列化
  cout<<"/----------反序列化-----------/"<<endl;
  cout<<"hututu1 = "<<hututu1<<endl;
  cout<<"hututu2 = "<<hututu2<<endl;
  cout<<"/----------序列化-----------/"<<endl;
  //序列化(Serialization)：dump(number)，number为打印出的空格数
  std::string hututu1_string=hututu1.dump();//animal1值为{"kind":"dog","height":50}
  std::string hututu2_string=hututu2.dump(4);
  cout<<"hututu1_string = "<<hututu1_string<<endl;
  cout<<"hututu2_string = "<<hututu2_string<<endl;
  
  return 0;
}

输出结果：

/----------反序列化-----------/
hututu1 = {“age”:18,“name”:“hututu”,“score”:88.99}
hututu2 = {“age”:18,“name”:“hututu”,“score”:88.99}
/----------序列化-----------/
hututu1_string = {“age”:18,“name”:“hututu”,“score”:88.99}
hututu2_string = {
“age”: 18,
“name”: “hututu”,
“score”: 88.99
}

3.2 json对象和文件输入输出转换

#include <iostream>        //文件操作头文件
#include <string>
#include <fstream>
#include <nlohmann/json.hpp>   //引入json.hpp，该文件已经放在系统默认路径：/usr/local/include/nlohmann/json.hpp

using namespace std;

using json = nlohmann::json;    // for convenience 

int main() 
{
  //上述操作适用于istream和ostream的子类，比如我们经常会用到的ifstream和ofstream
  //从.json文件中读取内容到json对象中
  std::ifstream in("./person.json");//打开文件，关联到流in
  json hututu={"111","222"};      //定义一个json对象为hututu,有初始内容，但是会被覆盖
  in>>hututu;                     //从流in中(也就是./person.json文件)读取内容到json对象中，会覆盖之前内容
  in.close();                     //关闭文件流in
  hututu["aaa"]="bbb";             //添加json对象内容
  cout << hututu << endl;   //输出json对象值

  //输出json对象内容到文件中，并生成新的文件
  std::ofstream out("./new.json");    //创建文件./new.json，并关联到流out
  hututu["name"]="new name";          //更改hututu对象的内容
  out<<std::setw(4)<<hututu;          //输出json对象hututu信息到文件./new.json中，std::setw(4)用于设置增加打印空格
  out.close();         //关闭文件流out

  return 0;
}

./person.json文件内容

{
“name”:“hututu”,
“age”:18,
“gender”:“m”,
“score”:88.99
}

执行程序后，输出的json对象内容如下，也就是从./person.json文件中读取的信息：

{“aaa”:“bbb”,“age”:18,“gender”:“m”,“name”:“hututu”,“score”:88.99}

同时在当前目录下生成新的文件./new.json，内容如下所示：

{
“aaa”: “bbb”,
“age”: 18,
“gender”: “m”,
“name”: “new name”,
“score”: 88.99
}

3.3 json value和自定义对象

??在自定义对象命名空间中定义两个函数即可像basic value一样进行反序列化和序列化：from_json(const json& j,T& value)、to_json(json& j,const T& value)

#include <iostream>        //文件操作头文件
#include <string>
#include <nlohmann/json.hpp>   //引入json.hpp，该文件已经放在系统默认路径：/usr/local/include/nlohmann/json.hpp

using namespace std;

using json = nlohmann::json;

class person
{
    public:
        person(){}       //默认构造函数
        person(string m_name,int m_age,double m_score):name(m_name),age(m_age),score(m_score){};
    public:
      string name;
      int age;
      double score;
    void display()
    {
      cout<<"person name = "<<this->name<<endl;
      cout<<"person age = "<<this->age<<endl;
      cout<<"person score = "<<this->score<<endl;
    }
};
//定义from_json(const json& j,T& value)函数，用于序列化
//json对象----->class对象
void from_json(const json& j,person& hututu)
{
    hututu.name=j["name"].get<std::string>();
    hututu.age=j["age"].get<int>();
    hututu.score=j["score"].get<double>();
}

//定义to_json(json& j,const T& value)函数，用于反序列化
//class对象----->json对象
void to_json(json& j,const person& hututu)
{
    j["name"]=hututu.name;
    j["age"]=hututu.age;
    j["score"]=hututu.score;
}
// void to_json(json& j, const person& p) 
// {
// 	j = json{ {"name", p.name}, {"address", p.address}, {"age", p.age} };
// }
 
// void from_json(const json& j, person& p) {
// 	j.at("name").get_to(p.name);
// 	j.at("address").get_to(p.address);
// 	j.at("age").get_to(p.age);
// }

//main.cpp文件
int main()
{
    person hututu{"hututu",18,88.99};//定义一个person对象为hututu
    cout<<"/----------to json,方式1:json=class隐式转换-----------/"<<endl;
    json j1=hututu;                //class to json,隐式调用to_json函数 
    cout<<"j1 = "<<j1<<endl;       //输出json对象值
    cout<<"/----------to json,方式2:调用to_json函数-----------/"<<endl;
    json j2;
    to_json(j2,hututu);          //to json,调用to_json函数
    cout<<"j2 = "<<j2<<endl;     //输出json对象值
    cout<<"/----------from json,方式1:调用from_json函数-----------/"<<endl; 
    j1["name"]="new name";        //修改json对象数据
    cout<<"new j1 = "<<j1<<endl;        //输出json对象值
    person hututu_new;
    from_json(j1,hututu_new);   //json---->class
    hututu_new.display();     //输出person对象内容
    cout<<"/----------from json,方式2:调用.get函数-----------/"<<endl; 
    person hututuNew = j2.get<person>();//像basic value一样通过get函数获取值，将其值直接赋值给自定义对象
    hututuNew.display();
    return 0;
}

执行结果：

/----------to json,方式1:json=class隐式转换-----------/
j1 = {“age”:18,“name”:“hututu”,“score”:88.99}
/----------to json,方式2:调用to_json函数-----------/
j2 = {“age”:18,“name”:“hututu”,“score”:88.99}
/----------from json,方式1:调用from_json函数-----------/
new j1 = {“age”:18,“name”:“new name”,“score”:88.99}
person name = new name
person age = 18
person score = 88.99
/----------from json,方式2:调用.get函数-----------/
person name = hututu
person age = 18
person score = 88.99

四.NLOHMANN_DEFINE_TYPE_INTRUSIVE宏的使用

4.1 宏的定义

JSON for Modern C++ 中为方便序列化和反序列化定义了两宏，如下

NLOHMANN_DEFINE_TYPE_NON_INTRUSIVE(name, member1, member2, …) 将在要为其创建代码的类/结构的命名空间内定义。
NLOHMANN_DEFINE_TYPE_INTRUSIVE(name, member1, member2, …) 将在要为其创建代码的类/结构中定义。该宏还可以访问私有成员。

进一步查看代码:

/*!
@brief macro
@def NLOHMANN_DEFINE_TYPE_INTRUSIVE
@since version 3.9.0
*/
#define NLOHMANN_DEFINE_TYPE_INTRUSIVE(Type, ...)  \
    friend void to_json(nlohmann::json& nlohmann_json_j, const Type& nlohmann_json_t) { NLOHMANN_JSON_EXPAND(NLOHMANN_JSON_PASTE(NLOHMANN_JSON_TO, __VA_ARGS__)) } \
    friend void from_json(const nlohmann::json& nlohmann_json_j, Type& nlohmann_json_t) { NLOHMANN_JSON_EXPAND(NLOHMANN_JSON_PASTE(NLOHMANN_JSON_FROM, __VA_ARGS__)) }

/*!
@brief macro
@def NLOHMANN_DEFINE_TYPE_NON_INTRUSIVE
@since version 3.9.0
*/
#define NLOHMANN_DEFINE_TYPE_NON_INTRUSIVE(Type, ...)  \
    inline void to_json(nlohmann::json& nlohmann_json_j, const Type& nlohmann_json_t) { NLOHMANN_JSON_EXPAND(NLOHMANN_JSON_PASTE(NLOHMANN_JSON_TO, __VA_ARGS__)) } \
    inline void from_json(const nlohmann::json& nlohmann_json_j, Type& nlohmann_json_t) { NLOHMANN_JSON_EXPAND(NLOHMANN_JSON_PASTE(NLOHMANN_JSON_FROM, __VA_ARGS__)) }

4.2 宏的使用

??可以看出上述的宏主要实现了from_json和to_json两个函数的功能，使用时需要在一个类中调用该宏，并传入(类名，参数1，参数2，参数3…)使用，这样在json对象和class对象之间之间直接赋值可以完成相互转换，具体用法如下：

#include <iostream>        //文件操作头文件
#include <string>
#include <nlohmann/json.hpp>   //引入json.hpp，该文件已经放在系统默认路径：/usr/local/include/nlohmann/json.hpp

using namespace std;

using json = nlohmann::json;

class person
{
   public:
      string name;
      int age;
      double score;
      void display()
      {
        cout<<"person name = "<<this->name<<endl;
        cout<<"person age = "<<this->age<<endl;
        cout<<"person score = "<<this->score<<endl;
      }
      // 类名，成员1，成员2，成员3
      NLOHMANN_DEFINE_TYPE_INTRUSIVE(person, name, age, score);
};

//main.cpp文件
int main()
{
    person hututu{"hututu",18,88.99};//定义一个person对象为hututu
    cout<<"/----------调用宏实现:to json-----------/"<<endl;
    json j1 = hututu;
    cout << j1<< endl;
    cout << j1.dump() << endl;
    cout<<"/----------调用宏实现:from json-----------/"<<endl;
    j1["name"]="new name";
    person hututu_new = j1;
    hututu_new.display();

    return 0;
}

输出结果：

/----------调用宏实现:to json-----------/
{“age”:18,“name”:“hututu”,“score”:88.99}
{“age”:18,“name”:“hututu”,“score”:88.99}
/----------调用宏实现:from json-----------/
person name = new name
person age = 18
person score = 88.99