答案：本文介绍如何用C++从零实现一个简单的JSON解析器，核心是定义支持null、boolean、number、string、array和object的JsonValue类型，使用std::variant存储不同类型，并通过递归下降解析法为每种类型编写解析函数，最终组合成完整解析器。代码包含数据结构定义、解析逻辑和测试示例，适合理解JSON结构与编译原理基础。
想用C++从零实现一个简单的JSON解析器？关键在于理解JSON的结构和递归下降的基本思路。JSON支持几种基本类型：null、boolean、number、string、array 和 object，我们可以为每种类型写一个解析函数，通过递归组合起来。整个过程不需要复杂的工具，纯手工编写即可。
1. 定义JSON数据结构
首先，我们需要一个能表示任意JSON值的C++类型。使用 std::variant 是个好选择，它能安全地存储不同类型的数据。
#include <string>
#include <vector>
#include <map>
#include <variant>
#include <memory>
<p>// 前向声明解析器类
struct JsonValue;</p><p>using JsonObject = std::map<std::string, JsonValue>;
using JsonArray = std::vector<JsonValue>;
using JsonNumber = double;
using JsonString = std::string;</p><p>// 核心类型：一个JSON值可以是 null, bool, number, string, array, object
struct JsonValue {
std::variant<std::nullptr_t, bool, JsonNumber, JsonString, JsonArray, JsonObject> value;</p><pre class="brush:php;toolbar:false;">// 构造函数
JsonValue() : value(nullptr) {}
JsonValue(std::nullptr_t) : value(nullptr) {}
JsonValue(bool b) : value(b) {}
JsonValue(double d) : value(d) {}
JsonValue(const std::string& s) : value(s) {}
JsonValue(JsonArray a) : value(std::move(a)) {}
JsonValue(JsonObject o) : value(std::move(o)) {}
// 类型判断辅助函数
bool is_null() const { return std::holds_alternative<std::nullptr_t>(value); }
bool is_bool() const { return std::holds_alternative<bool>(value); }
bool is_number() const { return std::holds_alternative<JsonNumber>(value); }
bool is_string() const { return std::holds_alternative<JsonString>(value); }
bool is_array() const { return std::holds_alternative<JsonArray>(value); }
bool is_object() const { return std::holds_alternative<JsonObject>(value); }
// 获取值（需确保类型正确）
bool as_bool() const { return std::get<bool>(value); }
double as_number() const { return std::get<double>(value); }
const std::string& as_string() const { return std::get<std::string>(value); }
const JsonArray& as_array() const { return std::get<JsonArray>(value); }
const JsonObject& as_object() const { return std::get<JsonObject>(value); }};
2. 实现递归下降解析器
我们定义一个解析器类，维护当前解析位置和输入字符串。每个JSON类型对应一个解析函数。
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class JsonParser {
private:
const std::string& input;
size_t pos;
<pre class="brush:php;toolbar:false;">// 跳过空白字符
void skip_whitespace() {
while (pos < input.size() && (input[pos] == ' ' || input[pos] == ' ' || input[pos] == '
' || input[pos] == '
'))
++pos;
}
// 匹配并消耗指定字符
bool match(char c) {
skip_whitespace();
if (pos < input.size() && input[pos] == c) {
++pos;
return true;
}
return false;
}
// 解析 "null"
JsonValue parse_null() {
if (input.substr(pos, 4) == "null") {
pos += 4;
return JsonValue(nullptr);
}
throw std::runtime_error("Expected 'null'");
}
// 解析 "true" / "false"
JsonValue parse_boolean() {
if (input.substr(pos, 4) == "true") {
pos += 4;
return JsonValue(true);
}
if (input.substr(pos, 5) == "false") {
pos += 5;
return JsonValue(false);
}
throw std::runtime_error("Expected 'true' or 'false'");
}
// 解析数字（简单版本，支持整数和小数）
JsonValue parse_number() {
size_t start = pos;
if (pos < input.size() && input[pos] == '-') ++pos;
if (pos == input.size() || !isdigit(input[pos]))
throw std::runtime_error("Invalid number");
while (pos < input.size() && isdigit(input[pos])) ++pos;
if (pos < input.size() && input[pos] == '.') {
++pos;
if (pos == input.size() || !isdigit(input[pos]))
throw std::runtime_error("Invalid number");
while (pos < input.size() && isdigit(input[pos])) ++pos;
}
std::string numStr = input.substr(start, pos - start);
try {
return JsonValue(std::stod(numStr));
} catch (...) {
throw std::runtime_error("Invalid number format");
}
}
// 解析带引号的字符串（未处理转义字符）
JsonValue parse_string() {
if (!match('"')) throw std::runtime_error("Expected '"'");
size_t start = pos;
while (pos < input.size() && input[pos] != '"') {
++pos;
}
if (pos == input.size()) throw std::runtime_error("Unterminated string");
std::string str = input.substr(start, pos - start);
++pos; // 跳过结尾的 "
return JsonValue(str);
}
// 解析数组
JsonValue parse_array() {
if (!match('[')) throw std::runtime_error("Expected '['");
JsonArray arr;
skip_whitespace();
if (match(']')) return JsonValue(arr); // 空数组
while (true) {
arr.push_back(parse_value());
skip_whitespace();
if (match(']')) break;
if (!match(',')) throw std::runtime_error("Expected ',' or ']'");
}
return JsonValue(arr);
}
// 解析对象
JsonValue parse_object() {
if (!match('{')) throw std::runtime_error("Expected '{'");
JsonObject obj;
skip_whitespace();
if (match('}')) return JsonValue(obj); // 空对象
while (true) {
JsonValue keyVal = parse_string();
std::string key = keyVal.as_string();
skip_whitespace();
if (!match(':')) throw std::runtime_error("Expected ':'");
JsonValue value = parse_value();
obj[key] = value;
skip_whitespace();
if (match('}')) break;
if (!match(',')) throw std::runtime_error("Expected ',' or '}'");
}
return JsonValue(obj);
}
// 主解析入口
JsonValue parse_value() {
skip_whitespace();
if (pos >= input.size()) throw std::runtime_error("Unexpected end of input");
char c = input[pos];
if (c == 'n') return parse_null();
if (c == 't' || c == 'f') return parse_boolean();
if (c == '-' || isdigit(c)) return parse_number();
if (c == '"') return parse_string();
if (c == '[') return parse_array();
if (c == '{') return parse_object();
throw std::runtime_error("Unexpected character: " + std::string(1, c));
}public: explicit JsonParser(const std::string& str) : input(str), pos(0) {}
JsonValue parse() {
JsonValue result = parse_value();
skip_whitespace();
if (pos != input.size())
throw std::runtime_error("Extra characters after JSON");
return result;
}};
3. 使用示例
写个简单的main函数测试一下：
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#include <iostream>
#include <stdexcept>
<p>void print_json(const JsonValue& val, int indent = 0) {
std::string space(indent, ' ');
if (val.is_null()) {
std::cout << "null";
} else if (val.is_bool()) {
std::cout << (val.as_bool() ? "true" : "false");
} else if (val.is_number()) {
std::cout << val.as_number();
} else if (val.is_string()) {
std::cout << """ << val.as_string() << """;
} else if (val.is_array()) {
std::cout << "[
";
const auto& arr = val.as_array();
for (size_t i = 0; i < arr.size(); ++i) {
std::cout << std::string(indent + 2, ' ');
print_json(arr[i], indent + 2);
if (i != arr.size() - 1) std::cout << ",";
std::cout << "
";
}
std::cout << std::string(indent, ' ') << "]";
} else if (val.is_object()) {
std::cout << "{
";
const auto& obj = val.as_object();
auto it = obj.begin();
while (it != obj.end()) {
std::cout << std::string(indent + 2, ' ') << """ << it->first << "": ";
print_json(it->second, indent + 2);
++it;
if (it != obj.end()) std::cout << ",";
std::cout << "
";
}
std::cout << std::string(indent, ' ') << "}";
}
}</p><p>int main() {
std::string json_str = R"({
"name": "Alice",
"age": 30,
"is_student": false,
"grades": [85.5, 92.0, 78.5],
"address": {
"city": "Beijing",
"zipcode": "100000"
},
"spouse": null
})";</p><pre class="brush:php;toolbar:false;">try {
JsonParser parser(json_str);
JsonValue root = parser.parse();
print_json(root);
std::cout << std::endl;
} catch (const std::exception& e) {
std::cerr << "Parse error: " << e.what() << std::endl;
return 1;
}
return 0;}
4. 注意事项与改进方向
这个解析器是教学级的，但已具备核心功能。你可以在此基础上扩展：
- 支持字符串中的转义字符（如 , ", \）
- 支持科学计数法（如 1e5）
- 添加位置信息便于报错定位
- 实现序列化（将 JsonValue 转回字符串）
- 优化性能，避免 substr 频繁拷贝
基本上就这些。递归下降的关键是“一个函数管一种语法结构”，逻辑清晰，容易调试。自己写一遍，对理解JSON和编译原理都很有帮助。
