用c#自己实现一个简单的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($"不能识别的字符“{text[index]}”！应为“"”", index);                 index++;                 //读取字符串                 var name = ReadString(text, ref index);                 if (jsonArray.ContainsKey(name)) throw new JsonAnalysisException($"已经添加键值：“{name}”", index);                 ReadToNonBlankIndex(text, ref index);                 if (text[index] != ':') throw new JsonAnalysisException($"不能识别的字符“{text[index]}”！", index);                 index++;                 ReadToNonBlankIndex(text, ref index);                 //读取下一个Element                 jsonArray.Add(name, ReadElement(text, ref index));                 //读取到非空白字符                 ReadToNonBlankIndex(text, ref index);                 var ch = text[index++];                 if (ch == '}') break;                 if (ch != ',') throw new JsonAnalysisException($"不能识别的字符“{text[index - 1]}”！", index - 1);             } while (true);              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);                 var ch = text[index++];                 if (ch == ']') break;                 if (ch != ',') throw new JsonAnalysisException($"不能识别的字符“{text[index - 1]}”！", index - 1);             } while (true);              return jsonArray;         }          /// <summary>         /// 读取JSONElement         /// </summary>         /// <param name="text">字符串</param>         /// <param name="index">开始下标</param>         /// <returns>下一个Element</returns>         private static JsonElement ReadElement(string text, ref int index)         {             switch (text[index++])             {                 case '[':                     return AnalysisJsonArray(text, ref index);                 case '{':                     return AnalysisJsonObject(text, ref index);                 case '"':                     return new JsonString(ReadString(text, ref index));                 case 't':                     return ReadJsonTrue(text, ref index);                 case 'f':                     return ReadJsonFalse(text, ref index);                 case 'n':                     return ReadJsonNull(text, ref index);                 case '0':                 case '1':                 case '2':                 case '3':                 case '4':                 case '5':                 case '6':                 case '7':                 case '8':                 case '9':                     return ReadJsonNumber(text, ref index);                 default:                     throw new JsonAnalysisException($"未知Element“{text[index - 1]}”应该为【[、{{、"、true、false、null】",                         index - 1);             }         }          /// <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 - 1);         }          /// <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 - 1);         }          /// <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 - 1);         }          /// <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)         {             var value = new StringBuilder();             while (index < text.Length)             {                 var c = text[index++];                 //判断是否是转义字符                 if (c == '\')                 {                     value.Append('\');                     if (index >= text.Length)                         throw new JsonAnalysisException("未知的结尾！", index - 1);                     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 - 1);                             }                         }                     }                 }                 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 - 1);                 }                 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 <= 'f' || c >= 'A' && c <= 'F';         }          /// <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