如何在C++中将数据序列化为二进制_C++二进制序列化实现

尼克

发布时间：2025-10-18 19:17:02

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原创

C++中序列化为二进制是将对象转为字节流以便存储或传输。1. 简单类型可用ofstream直接写入；2. 自定义类可手动实现serialize函数；3. 复杂场景推荐Boost.Serialization或cereal库；4. 指针需序列化所指对象而非地址，智能指针可简化处理；5. 版本兼容需记录版本号并适配逻辑；6. 性能优化包括选合适库、压缩数据、减少冗余和用内存映射。

如何在c++中将数据序列化为二进制_c++二进制序列化实现

C++中将数据序列化为二进制，简单来说，就是把程序里的对象或者数据结构，转换成一串可以存储或者传输的0和1。这样做，方便保存到文件里，或者通过网络发送给其他程序。

序列化本质上就是把内存里的东西“拍扁”了，变成一串字节。

将数据序列化为二进制的几种方法：

简单粗暴型：ofstream直接写

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这是最基础的方法，适用于简单的数据类型，比如int、float等。直接用ofstream打开一个文件，然后用运算符把数据写进去。
```
#include 
#include 

int main() {
  int data = 12345;
  std::ofstream outfile("data.bin", std::ios::binary);
  outfile.write(reinterpret_cast(&data), sizeof(data));
  outfile.close();

  return 0;
}
```
这种方法简单，但是如果数据结构复杂，比如包含指针，或者有自定义类，就不好处理了。而且，不同平台的int大小可能不一样，可能导致跨平台问题。

升级版：自定义序列化函数

对于自定义的类，可以自己写序列化函数。这个函数负责把类的成员变量按照一定的顺序写到二进制文件里。

#include 
#include 

class MyData {
public:
  int id;
  double value;

  void serialize(std::ofstream& outfile) {
    outfile.write(reinterpret_cast(&id), sizeof(id));
    outfile.write(reinterpret_cast(&value), sizeof(value));
  }

  void deserialize(std::ifstream& infile) {
    infile.read(reinterpret_cast(&id), sizeof(id));
    infile.read(reinterpret_cast(&value), sizeof(value));
  }
};

int main() {
  MyData data;
  data.id = 10;
  data.value = 3.14;

  std::ofstream outfile("mydata.bin", std::ios::binary);
  data.serialize(outfile);
  outfile.close();

  MyData data2;
  std::ifstream infile("mydata.bin", std::ios::binary);
  data2.deserialize(infile);
  infile.close();

  std::cout << "id: " << data2.id << ", value: " << data2.value << std::endl;
  return 0;
}

这种方法灵活，可以控制序列化的细节，但是写起来比较麻烦，容易出错。特别是当类结构发生变化时，需要同步修改序列化和反序列化函数。

重量级选手：Boost.Serialization

Boost.Serialization是一个强大的序列化库，支持各种数据类型，包括STL容器、智能指针、多态类等。使用Boost.Serialization，只需要在类中定义serialize函数，然后用boost::archive进行序列化和反序列化。

#include 
#include 
#include 
#include 

class MyData {
public:
  int id;
  double value;

private:
  friend class boost::serialization::access;
  template
  void serialize(Archive & ar, const unsigned int version)
  {
    ar & id;
    ar & value;
  }
};

int main() {
  MyData data;
  data.id = 20;
  data.value = 2.71;

  std::ofstream outfile("boost_data.bin");
  boost::archive::text_oarchive oa(outfile);
  oa << data;
  outfile.close();

  MyData data2;
  std::ifstream infile("boost_data.bin");
  boost::archive::text_iarchive ia(infile);
  ia >> data2;
  infile.close();

  std::cout << "id: " << data2.id << ", value: " << data2.value << std::endl;
  return 0;
}

Boost.Serialization功能强大，但是学习曲线比较陡峭，而且编译时间比较长。

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现代C++：使用第三方库，例如 cereal

Cereal 是一个 header-only 的 C++ 序列化库。它比 Boost.Serialization 更易于使用，而且性能也很好。

#include 
#include 
#include 
#include 

class MyData {
public:
  int id;
  double value;

  template 
  void serialize(Archive& archive)
  {
    archive(id, value);
  }
};

int main() {
  MyData data;
  data.id = 30;
  data.value = 1.618;

  {
    std::ofstream os("cereal_data.bin", std::ios::binary);
    cereal::binary_oarchive archive(os);

    archive(data);
  }

  {
    std::ifstream is("cereal_data.bin", std::ios::binary);
    cereal::binary_iarchive archive(is);

    MyData data2;
    archive(data2);

    std::cout << "id: " << data2.id << ", value: " << data2.value << std::endl;
  }

  return 0;
}

Cereal 的优点是易于使用，性能好，而且是 header-only 的，不需要编译。

序列化时如何处理指针和动态分配的内存？

指针序列化是个棘手的问题，直接序列化指针的值是没有意义的，因为指针指向的内存地址在不同的进程中可能不一样。通常需要序列化指针指向的对象本身。如果多个对象共享同一个对象，需要避免重复序列化，可以使用对象ID来解决。

动态分配的内存也需要特殊处理，需要记录内存的大小，并在反序列化时重新分配内存。智能指针可以简化这个过程，Boost.Serialization和Cereal都支持智能指针的序列化。

如何处理版本兼容性问题？

当类结构发生变化时，旧版本的序列化数据可能无法被新版本的程序正确反序列化。为了解决这个问题，可以在序列化数据中包含版本号，并在反序列化时根据版本号选择不同的反序列化逻辑。Boost.Serialization支持版本控制，可以在serialize函数中指定版本号。

序列化性能优化有哪些技巧？

序列化性能对某些应用非常重要，比如游戏、网络传输等。以下是一些优化技巧：