C++如何实现一个简单的JSON解析器_从零开始编写C++递归下降JSON解析器

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 
#include 
#include 
#include 
#include 
// 前向声明解析器类
struct JsonValue;
using JsonObject = std::map;
using JsonArray = std::vector;
using JsonNumber = double;
using JsonString = std::string;
// 核心类型：一个JSON值可以是 null, bool, number, string, array, object
struct JsonValue {
std::variant value;
// 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(value); }
bool is_bool() const { return std::holds_alternative(value); }
bool is_number() const { return std::holds_alternative(value); }
bool is_string() const { return std::holds_alternative(value); }
bool is_array() const { return std::holds_alternative(value); }
bool is_object() const { return std::holds_alternative(value); }

// 获取值（需确保类型正确）
bool as_bool() const { return std::get(value); }
double as_number() const { return std::get(value); }
const std::string& as_string() const { return std::get(value); }
const JsonArray& as_array() const { return std::get(value); }
const JsonObject& as_object() const { return std::get(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。
class JsonParser {
private:
    const std::string& input;
    size_t pos;
// 跳过空白字符
void skip_whitespace() {
    while (pos < input.size() && (input[pos] == ' ' || input[pos] == '\t' || input[pos] == '\n' || input[pos] == '\r'))
        ++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：
#include 
#include 
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 << "[\n";
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 << "\n";
}
std::cout << std::string(indent, ' ') << "]";
} else if (val.is_object()) {
std::cout << "{\n";
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 << "\n";
}
std::cout << std::string(indent, ' ') << "}";
}
}
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
})";
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 \n, \", \\）
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。 
		


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# 很有 
# 一遍 
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