JSON|cJSON 介绍以及具体项目编写

一、JSON介绍

JSON（JavaScript Object Notation 即JavaScript对象表示法）是一种轻量级的数据交换格式。采用完全独立于编程语言的文本格式来存储和表示数据。

• JSON是一种数据交换格式.
• JSON独立于编程语言(你不必学习JavaScript).
• JSON表达数据的方式对通用的编程概念都很友好.

本文主要介绍使用C语言解析JSON文件

二、JSON语法规则

数据结构

1. 对象（Object）：使用花括号{}包裹，由键值对组成。键必须是字符串，使用双引号""包裹，键值对之间用逗号,分隔。
2. 数组（Array）：使用方括号[]包裹，值之间用逗号,分隔。

值的类型

1. 字符串（String）：使用双引号""包裹的 Unicode 字符序列。
2. 数值（Number）：整数或浮点数，不使用引号，数字没有长度限制。
3. 布尔值（Boolean）：true或false，表示"有"或者"没有"，不使用引号。
4. 空值（Null）：null，表示没有这项内容,它不是0,0是一个数字,本质上是在计数，不使用引号。
5. 嵌套对象或数组：可在值中嵌套对象或数组。数组:是由方括号括起来的一组值构成

注意事项

• 不允许使用单引号。
• 不允许包含注释。
• 不允许使用未定义的变量或特殊符号（如NaN、Infinity）。
• 数组和对象可以包含不同类型的值。
• 使用冒号：来分割名称和值，名称始终在左侧,一定是字符串,值始终在右侧可以是多种类型

三、cJSON

3.1cJSON介绍和获取

首先在GitHub上下载开源的cjson.h以及cjson.c文件

这里给出附件

使用的时候，只需要将这两个文件复制到工程目录，然后包含头文件cJSON.h即可，如下：
#include "cJSON.h"

3.2cJSON数据结构和设计思想

核心数据结构：cJSON 结构体

cJSON 使用单一结构体表示所有 JSON 类型，通过 type 字段区分不同类型。

cJSON.h中源码如下

typedef struct cJSON {struct cJSON *next,*prev;	/* next/prev allow you to walk array/object chains. Alternatively, use GetArraySize/GetArrayItem/GetObjectItem */struct cJSON *child;		/* An array or object item will have a child pointer pointing to a chain of the items in the array/object. */int type;					/* The type of the item, as above. */char *valuestring;			/* The item's string, if type==cJSON_String */int valueint;				/* The item's number, if type==cJSON_Number */double valuedouble;			/* The item's number, if type==cJSON_Number */char *string;				/* The item's name string, if this item is the child of, or is in the list of subitems of an object. */
} cJSON;

统一表示所有 JSON 类型：将其中的一条JSON数据抽象出来，也就是一个键值对，用上面的结构体 strcut cJSON 来表示

• 通过 type 字段（如 JSON_Object, JSON_Array, JSON_Number）区分不同类型。
• 数值类型通过 valueint 和 valuedouble 存储，字符串类型通过 valuestring 存储。

双向链表管理数组和对象成员：

• 数组（JSON_Array）和对象（JSON_Object）使用双向链表 next 和 prev 连接成员。
• 对象的键值对通过 child 指针指向第一个成员，每个成员的 string 字段存储键名

递归嵌套结构：

• 子节点可以是任意 JSON 类型，支持无限层级嵌套（如数组包含对象，对象包含数组）。

设计思想

1.轻量级与可移植性

• 无依赖：仅依赖标准 C 库（stdlib.h, string.h, math.h），无需额外依赖。
• 单文件实现：核心代码集中在 cJSON.c 和 cJSON.h，便于集成到嵌入式系统或资源受限环境。

2. 简单易用的 API

提供直观的函数接口，例如：

• cJSON_Parse()：解析 JSON 字符串为 cJSON 对象。
• cJSON_GetObjectItem()：通过键名获取对象成员。
• cJSON_Print()：将 cJSON 对象序列化为 JSON 字符串。
• cJSON_CreateObject()/cJSON_CreateArray()：创建 JSON 对象 / 数组。

3. 动态内存管理

• 使用 malloc() 和 free() 动态分配和释放内存，需手动调用 cJSON_Delete() 释放不再使用的对象。
• 支持自定义内存分配函数（通过 cJSON_Hooks 结构体），适配不同环境。

4. 错误处理

• 解析失败时返回 NULL，通过 cJSON_GetErrorPtr() 获取错误位置。
• 不提供详细错误信息（如行号、具体错误类型），适合快速解析简单 JSON。

3.3cJSON数据封装（含源码分析）

封装JSON数据的过程，其实就是创建链表和向链表中添加节点的过程。

1.创建头指针

 cJSON* cjson_test = NULL;

2.创建头结点，并将头指针指向头结点

cjson_test = cJSON_CreateObject();

3.调用函数向链表中插入结点

cJSON_AddNullToObject(cJSON * const object, const char * const name);cJSON_AddTrueToObject(cJSON * const object, const char * const name);cJSON_AddFalseToObject(cJSON * const object, const char * const name);cJSON_AddBoolToObject(cJSON * const object, const char * const name, const cJSON_bool boolean);cJSON_AddNumberToObject(cJSON * const object, const char * const name, const double number);cJSON_AddStringToObject(cJSON * const object, const char * const name, const char * const string);cJSON_AddRawToObject(cJSON * const object, const char * const name, const char * const raw);cJSON_AddObjectToObject(cJSON * const object, const char * const name);cJSON_AddArrayToObject(cJSON * const object, const char * const name);

输出JSON数据

(char *) cJSON_Print(const cJSON *item);

一段完整的JSON数据就是一条长长的链表，cJSON提供了一个API，可以将整条链表中存放的JSON信息输出到一个字符串中，使用的时候，只需要接收该函数返回的指针地址即可。

3.4cJSON数据解析（含源码分析）

数据解析调用cJSON_Parse(const char *value)

解析JSON数据的过程，其实就是剥离一个一个链表节点(键值对)的过程

// 1.创建链表头指针：
cJSON* cjson_test = NULL;
//2.解析整段JSON数据，并将链表头结点地址返回，赋值给头指针：解析整段数据使用的API只有一个：
(cJSON *) cJSON_Parse(const char *value);
//3.根据键值对的名称从链表中取出对应的值，返回该键值对(链表节点)的地址
(cJSON *) cJSON_GetObjectItem(const cJSON * const object, const char * const string);
//4.如果JSON数据的值是数组，使用下面的两个API提取数据：
(int) cJSON_GetArraySize(const cJSON *array);
(cJSON *) cJSON_GetArrayItem(const cJSON *array, int index);

3.5cJSON内存管理

cJSON的所有操作都是基于链表的，cJSON在使用过程中大量的使用malloc从堆中分配动态内存的，所以在使用完之后，应当及时调用下面的函数，清空cJSON指针所指向的内存，该函数也可用于删除某一条数据：

void cJSON_Delete(cJSON *item);

3.6给出代码示例封装及解析

嵌套的数据封装时递归封装解析时也递归解析

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include "cJSON.h"// 封装（生成）JSON 数据
char* encapsulate_json_data() {// 创建根对象cJSON *root = cJSON_CreateObject();// 创建 user 对象cJSON *user = cJSON_CreateObject();cJSON_AddNumberToObject(user, "id", 12345);cJSON_AddStringToObject(user, "name", "Alice");// 创建 contact 对象cJSON *contact = cJSON_CreateObject();cJSON_AddStringToObject(contact, "email", "alice@example.com");// 创建 phone 数组cJSON *phone = cJSON_CreateArray();cJSON_AddItemToArray(phone, cJSON_CreateString("123-456-7890"));cJSON_AddItemToArray(phone, cJSON_CreateString("098-765-4321"));cJSON_AddItemToObject(contact, "phone", phone);// 将 contact 添加到 usercJSON_AddItemToObject(user, "contact", contact);// 将 user 添加到根对象cJSON_AddItemToObject(root, "user", user);// 添加布尔值cJSON_AddBoolToObject(root, "isActive", 1);  // 1 表示 true// 添加嵌套数组cJSON *nested_array = cJSON_CreateArray();cJSON_AddItemToArray(nested_array, cJSON_CreateNumber(100));cJSON_AddItemToArray(nested_array, cJSON_CreateString("nested value"));cJSON *nested_obj = cJSON_CreateObject();cJSON_AddStringToObject(nested_obj, "key", "value");cJSON_AddItemToArray(nested_array, nested_obj);cJSON_AddItemToObject(root, "nested", nested_array);// 生成 JSON 字符串char *json_str = cJSON_Print(root);// 释放 JSON 对象cJSON_Delete(root);return json_str;
}// 解析 JSON 数据
void parse_json_data(const char *json_str) {// 解析 JSON 字符串cJSON *root = cJSON_Parse(json_str);if (root == NULL) {const char *error_ptr = cJSON_GetErrorPtr();if (error_ptr != NULL) {fprintf(stderr, "Error before: %s\n", error_ptr);}return;}// 提取基本字段cJSON *isActive = cJSON_GetObjectItem(root, "isActive");if (cJSON_IsBool(isActive)) {printf("isActive: %s\n", isActive->valueint ? "true" : "false");}// 提取 user 对象cJSON *user = cJSON_GetObjectItem(root, "user");if (cJSON_IsObject(user)) {cJSON *id = cJSON_GetObjectItem(user, "id");cJSON *name = cJSON_GetObjectItem(user, "name");if (cJSON_IsNumber(id) && cJSON_IsString(name)) {printf("User ID: %d\n", id->valueint);printf("User Name: %s\n", name->valuestring);}// 提取 contact 对象cJSON *contact = cJSON_GetObjectItem(user, "contact");if (cJSON_IsObject(contact)) {cJSON *email = cJSON_GetObjectItem(contact, "email");if (cJSON_IsString(email)) {printf("Email: %s\n", email->valuestring);}// 提取 phone 数组cJSON *phone = cJSON_GetObjectItem(contact, "phone");if (cJSON_IsArray(phone)) {int array_size = cJSON_GetArraySize(phone);printf("Phone Numbers (%d):\n", array_size);for (int i = 0; i < array_size; i++) {cJSON *phone_item = cJSON_GetArrayItem(phone, i);if (cJSON_IsString(phone_item)) {printf("  %d: %s\n", i+1, phone_item->valuestring);}}}}}// 解析嵌套数组cJSON *nested = cJSON_GetObjectItem(root, "nested");if (cJSON_IsArray(nested)) {printf("Nested Array:\n");int array_size = cJSON_GetArraySize(nested);for (int i = 0; i < array_size; i++) {cJSON *item = cJSON_GetArrayItem(nested, i);printf("  Item %d: ", i+1);if (cJSON_IsNumber(item)) {printf("Number = %f\n", item->valuedouble);} else if (cJSON_IsString(item)) {printf("String = %s\n", item->valuestring);} else if (cJSON_IsObject(item)) {printf("Object\n");cJSON *key = cJSON_GetObjectItem(item, "key");if (cJSON_IsString(key)) {printf("    key = %s\n", key->valuestring);}}}}// 释放 JSON 对象cJSON_Delete(root);
}int main() {// 封装 JSON 数据char *json_str = encapsulate_json_data();if (json_str == NULL) {fprintf(stderr, "Failed to generate JSON data.\n");return 1;}// 打印生成的 JSONprintf("Generated JSON:\n%s\n\n", json_str);// 解析 JSON 数据printf("Parsing JSON data...\n");parse_json_data(json_str);// 释放 JSON 字符串free(json_str);return 0;
}

四、cJSON项目

这个项目实现了一个使用 C 语言解析 JSON 文件的应用程序，主要内容是从包含中国行政区划信息的 JSON 文件中提取特定省份的城市列表。

具体实现思路：

因为cJSON.h中并没有定义对文件的操作，所以通过使用标准 C 库函数 fopen、fread 和 fseek 读取 JSON 文件内容，把文件内容读取到字符串中，然后解析字符串，注意使用动态分配内存存储 JSON 数据，并在使用后正确释放，实际操作直接使用 cJSON 库解析 JSON 数据结构，包括对象、数组的遍历，最后通过使用 strcmp 进行字符串比较，即可定位目标省份。

代码：

#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include "cJSON.h"char* read_file(const char* filename) {FILE* f = fopen(filename, "rb");if (!f) {perror("无法打开文件");return NULL;}fseek(f, 0, SEEK_END);long size = ftell(f);fseek(f, 0, SEEK_SET);char* buff = (char*)malloc(size + 1);if (buff == NULL) {perror("创建内存失败");fclose(f);return NULL;}size_t bytes_read = fread(buff, 1, size, f);//目标缓冲区 buff，每个数据项的大小（这里是 1 字节），要读取的数据项数量 size，以及文件流 f。if (bytes_read < size) {if (feof(f)) {//feof 函数用于检查文件流 f 是否已经到达文件末尾。printf("警告：文件已到达末尾，读取 %zu 字节（期望 %ld 字节）\n", bytes_read, size);}else if (ferror(f)) {perror("读取错误");free(buff);fclose(f);return NULL;}}buff[bytes_read] = '\0';fclose(f);return buff;
}int main() {char* json_str = read_file("city.json");if (json_str == NULL) {return -1;}cJSON* root = cJSON_Parse(json_str);if (root == NULL) {const char* error_ptr = cJSON_GetErrorPtr();if (error_ptr != NULL) {fprintf(stderr, "JSON解析错误: %s\n", error_ptr);}free(json_str);return -1;}// 检查 root 是否为数组if (root->type != cJSON_Array) {printf("JSON 根节点不是数组类型\n");cJSON_Delete(root);free(json_str);return -1;}const char* target_province = "陕西";int province_found = 0;// 遍历所有省份int province_count = cJSON_GetArraySize(root);for (int i = 0; i < province_count; i++) {cJSON* province_item = cJSON_GetArrayItem(root, i);if (!province_item) continue;// 获取省份名称cJSON* name = cJSON_GetObjectItem(province_item, "label");if (!name || name->type != cJSON_String) continue;// 检查是否为目标省份if (strcmp(name->valuestring, target_province) == 0) {printf("找到省份：%s\n", name->valuestring);province_found = 1;// 获取城市数组cJSON* cities_array = cJSON_GetObjectItem(province_item, "children");//注意数据嵌套关系，城市在省份的children数组里if (cities_array && cities_array->type == cJSON_Array) {int city_count = cJSON_GetArraySize(cities_array);printf("包含 %d 个城市：\n", city_count);for (int j = 0; j < city_count; j++) {cJSON* city_item = cJSON_GetArrayItem(cities_array, j);if (!city_item) continue;cJSON* city_name = cJSON_GetObjectItem(city_item, "label");if (city_name && city_name->type == cJSON_String) {printf("  %d. %s\n", j + 1, city_name->valuestring);}}}else {printf("未找到该省份的城市数据\n");}break; // 找到目标省份后退出循环}}if (!province_found) {printf("未找到省份：%s\n", target_province);}cJSON_Delete(root);free(json_str);return 0;
}

运行结果：

这里以查找陕西省的城市为例：

五、 JSON的应用场景有哪些？

多个应用场景：

1. Web API 数据传输

   • RESTful API 的请求和响应格式
   • 前后端数据交互（如 AJAX 请求）

2. 配置文件

   • 应用程序配置（如 Node.js 的 package.json）
   • 开发工具配置（如 ESLint、Babel）

3. 数据存储

   • NoSQL 数据库（如 MongoDB）存储文档
   • 临时数据缓存（如 Redis）

4. 跨语言数据交换

   • 微服务间通信（如通过消息队列）
   • 不同系统间数据集成

5. 移动应用开发

   • 与服务器交换数据（如 JSON API）
   • 本地存储（如 React Native 的 AsyncStorage）

6. 日志和监控系统

   • 结构化日志输出
   • 监控指标传输

7. 前端框架

   • React/Vue 组件属性传递
   • 路由配置

优势总结：

• 轻量级，易于阅读和编写
• 支持嵌套结构，适合复杂数据
• 几乎所有编程语言都有解析库
• 与 JavaScript 原生兼容
• 比 XML 更简洁，解析效率更高

尾语：项目学习并完成于2025.5.10，如果觉得有帮助有收获可以点赞收藏，会持续更新输出有用的内容，感兴趣可以关注我！