C++中JSON序列化和反序列化的实现

1. 引言

序列化（Serialization）是指将程序中的内存对象（如结构体、类实例、列表等）转换成一种可以存储或传输的格式（通常是字节流或文本）的过程。常见的序列化格式包括：

• JSON（文本，人类可读）
  
• XML
  
• Protocol Buffers（二进制，高效）
  
• MessagePack
  
• YAML
  
• 甚至自定义的二进制格式
  

反序列化（Deserialization）是序列化的逆过程：将序列化后的数据（如 JSON 字符串）重新转换回程序中的内存对象。
2. 原因

那么，为什么需要序列化和反序列化呢？笔者的体会是不序列化/反序列化也行，只不过在进行相应的读取和写入操作的时候会非常繁琐。比如一个配置文件更新：
假设我们有一个博客系统的配置，包含站点标题、作者名、是否启用评论、默认封面地址等多个字段。如果不使用序列化机制，每次读取配置时，就得手动打开 JSON（或 YAML、INI）文件，逐行解析，判断每个字段是否存在、类型是否正确，再一一赋值给程序中的变量；而当用户修改了某个设置、需要保存回文件时，又得手动拼接字符串、处理引号转义、数组格式、缩进对齐……稍有不慎，就会生成格式错误的文件，导致程序下次启动失败。
更麻烦的是，一旦配置结构发生变化——比如新增一个 theme 字段，或者把 enableComments 拆成 enablePostComments 和 enablePageComments——我们就不得不同时修改读取逻辑、写入逻辑、默认值初始化、错误处理等多处代码，极易遗漏或出错。
而有了序列化和反序列化，这一切就变得简洁而可靠：定义好结构体（或类），注册对应的转换函数，一行代码就能从 JSON 构造出完整的配置对象，另一行代码就能把修改后的对象写回文件。字段增减只需调整结构体，读写逻辑几乎无需改动，既减少了重复劳动，也大大提升了健壮性和可维护性。
因此，序列化/反序列化并非“必须”，但它是对抗复杂性、提升开发效率和系统可靠性的重要工具。
3. 实现

3.1 示例

这里就举例实现一下 C++ 中 JSON 序列化和反序列化。如果要反序列化成 C++ 可以使用的内存对象，最好的数据容器就是 struct 。当然 class 也可以，不过我们都知道 struct 和 class 的区别：struct 的成员一般默认是公有的，而 class 的成员一般默认是私有的。因此，struct 适合以数据成员为主的，比较简单的对象；class 适合以方法成员为主的，比较复杂的对象。
笔者使用 nlohmann/json 中序列化/反序列化一个表达博客的数据对象：
BlogMeta.h：

1. #include <nlohmann/json.hpp>
2. #include <string>
3. #include <vector>
5. #include "PostStats.h"
7. namespace DataTransfer {
9. /// @brief 一篇博客的元数据
10. struct BlogMeta {
11.   std::string id;
12.   std::string title;
13.   std::string summary;
14.   std::string createdTime;
15.   std::string updatedTime;  
16.   std::string coverAddress;
17.   int64_t isDraft;
18.   std::vector<std::string> tagNames;
19.   std::vector<std::string> categoryNames;
20.   PostStats postStats;
22.   // 提供序列化接口
23.   friend void to_json(nlohmann::json& j, const BlogMeta& s);
25.   // 提供反序列化接口
26.   friend void from_json(const nlohmann::json& j, BlogMeta& s);
27. };

复制代码

BlogMeta.cpp：

1. #include "BlogMeta.h"
3. #include "Util/GetTime.h"
5. namespace DataTransfer {
7. // 提供序列化接口
8. void to_json(nlohmann::json& j, const BlogMeta& s) {
9.   j = nlohmann::json{{"id", s.id},
10.                      {"title", s.title},
11.                      {"summary", s.summary},
12.                      {"createdTime", s.createdTime},
13.                      {"updatedTime", s.updatedTime},
14.                      {"coverAddress", s.coverAddress},
15.                      {"isDraft", s.isDraft},
16.                      {"tagNames", s.tagNames},
17.                      {"categoryNames", s.categoryNames},
18.                      {"postStats", s.postStats}};
19. }
21. // 提供反序列化接口
22. void from_json(const nlohmann::json& j, BlogMeta& s) {
23.   s.id = j.at("id").get<std::string>();
24.   s.title = j.at("title").get<std::string>();
25.   s.summary = j.at("summary").get<std::string>();
26.   s.createdTime = j.at("createdTime").get<std::string>();
27.   s.updatedTime =
28.       j.value("updatedTime", Util::GetCurrentTime());  //提供默认值，增加稳定性
29.   s.coverAddress = j.at("coverAddress").get<std::string>();
30.   s.isDraft = j.at("isDraft").get<int64_t>();
31.   s.tagNames = j.at("tagNames").get<std::vector<std::string>>();
32.   s.categoryNames = j.at("categoryNames").get<std::vector<std::string>>();
33.   s.postStats = j.at("postStats").get<PostStats>();
34. }
36. }  // namespace DataTransfer

复制代码

其中 to_json / from_json 就是对应的 序列化 / 反序列化接口。只需要填充这一对接口，就可以通过赋值运算符=实现自动序列化和反序列化：
[code]#include #include #include "BlogMeta.h"  // 包含你的 BlogMeta 定义int main() {    using namespace DataTransfer;    using json = nlohmann::json;    // ----------------------------    // 1. 创建一个 BlogMeta 对象（内存中的数据）    // ----------------------------    BlogMeta blog;    blog.id = "blog-001";    blog.title = "深入理解 C++ 序列化";    blog.summary = "本文介绍如何使用 nlohmann/json 进行安全高效的序列化。";    blog.createdTime = "2025-12-22T10:00:00Z";    blog.updatedTime = "2025-12-22T17:00:00Z";  // 可省略，反序列化时会用默认值    blog.coverAddress = "/images/cpp_serialization.jpg";    blog.isDraft = 0;    blog.tagNames = {"C++", "JSON", "Serialization"};    blog.categoryNames = {"rogramming", "Tutorial"};    blog.postStats = {1200, 85, 23};    // ----------------------------    // 2. 序列化：BlogMeta → JSON    // ----------------------------    json j = blog;  // 自动调用 to_json    std::cout