使用Lua编写JSON解析器

JSON(JavaScript Object Notation)是一种轻量级的数据交换格式，广泛应用于前后端数据交互，服务器消息推送、移动应用程序数据存储等场景。在Lua中，我们使用json库对JSON进行解析与序列化。json库是由RapidJSON C++ 库改写的的C语言实现的json解析库，可以在Lua与C/C++之间无缝兼容，极大地方便了在Lua环境下的JSON解析与序列化操作。

一、JSON基础知识

JSON是一种轻量级的数据交换格式，在语法上与JavaScript中的对象字面量非常相似，这方便了Javascript中的JSON解析，同时也给了其他编程语言更广泛的JSON解析工具。在JSON中，数据对象包含在一个花括号内，用逗号分隔。 在其中属性-值对被称为JSON对象，其中属性用双引号括起来，值可以是字符串、数字、逻辑值、数组或嵌套的JSON对象。

例如：

{
    "name": "Alice",
    "age": 23,
    "gender": "female",
    "contacts": {
        "email": "alice@test.com",
        "phone": "1234567890"
    },
    "hobbies": ["reading", "swimming", "travel"]
}

二、使用Lua解析JSON

在Lua中，我们可以使用json库对JSON进行解析，json库是由RapidJSON C++ 库改写的C语言实现的JSON解析库，支持UTF-8编码。

在使用时，我们需要将json库导入到我们的代码中，例如：

local json = require "json"

然后使用`json.decode()`函数进行JSON字符串的解析，例如：

local str = '{"name":"Alice","age":23,"gender":"female","contacts":{"email":"alice@test.com","phone":"1234567890"},"hobbies":["reading","swimming","travel"]}'
local data = json.decode(str)

则最终`data`的值为一个Lua对象，包含了JSON数据中的所有信息。

三、使用Lua对JSON进行序列化

除了解析JSON，我们还可以使用json库将Lua对象序列化为JSON字符串。使用`json.encode()`函数进行序列化，例如：

local data = {
    name = "Alice",
    age = 23,
    gender = "female",
    contacts = {
        email = "alice@test.com",
        phone = "1234567890"
    },
    hobbies = {"reading", "swimming", "travel"}
}
local str = json.encode(data)

则最终`str`的值为一个JSON字符串，与之前的JSON数据格式一致。

四、使用Lua编写自己的JSON解析器

除了使用json库解析JSON，我们也可以自己编写一个简单的JSON解析器，了解JSON的解析原理和实现方式。

在编写JSON解析器时，我们可以将JSON数据看作一个树形的数据结构，在解析的过程中，逐步地构建这个树形结构，最终形成一个Lua对象。

例如：

local json = require "json"

-- 解析JSON字符串
local function parse(jsonStr)
    local pos = 1 -- 当前解析到的位置
    local len = string.len(jsonStr) -- JSON字符串的总长度

    -- 解析一个值
    local function parseValue()
        local ch = string.sub(jsonStr, pos, pos)
        if ch == "{" then -- 解析JSON对象
            local obj = {}
            pos = pos + 1
            ch = string.sub(jsonStr, pos, pos)
            while ch ~= "}" do
                if ch == '"' then -- 解析属性名
                    pos = pos + 1
                    local key = parseString()
                    pos = pos + 1 -- 跳过":"符号
                    obj[key] = parseValue() -- 递归解析属性值
                    ch = string.sub(jsonStr, pos, pos)
                elseif ch == "," then -- 分隔符
                    pos = pos + 1
                    ch = string.sub(jsonStr, pos, pos)
                else
                    error("unexpected char: " .. ch)
                end
            end
            pos = pos + 1
            return obj
        elseif ch == "[" then -- 解析JSON数组
            local arr = {}
            pos = pos + 1
            ch = string.sub(jsonStr, pos, pos)
            local i = 1
            while ch ~= "]" do
                arr[i] = parseValue()
                i = i + 1
                ch = string.sub(jsonStr, pos, pos)
            end
            pos = pos + 1
            return arr
        elseif ch == '"' then -- 解析JSON字符串
            return parseString()
        elseif ch == "t" then -- 解析JSON布尔值true
            pos = pos + 4
            return true
        elseif ch == "f" then -- 解析JSON布尔值false
            pos = pos + 5
            return false
        elseif ch == "n" then -- 解析JSON空值null
            pos = pos + 4
            return nil
        else -- 解析JSON数字
            return parseNumber()
        end
    end

    -- 解析JSON字符串
    local function parseString()
        local start = pos + 1
        local find = string.find(jsonStr, '"', start)
        local endpos = find
        while true do
            if find == nil then
                error("miss double quote")
            end
            if string.sub(jsonStr, find-1, find-1) == "\\" then
                endpos = string.find(jsonStr, '"', endpos+1)
            else
                break
            end
        end
        pos = endpos
        return json.decode(string.sub(jsonStr, start, endpos))
    end

    -- 解析JSON数字
    local function parseNumber()
        local startpos = pos
        while true do
            local ch = string.sub(jsonStr, pos, pos)
            if ch >= "0" and ch <= "9" or ch == "+" or ch == "-" or
                ch == "e" or ch == "E" or ch == "." then
                pos = pos + 1
            else
                break
            end
        end
        local endpos = pos - 1
        return tonumber(string.sub(jsonStr, startpos, endpos))
    end

    -- 解析JSON字符串
    return parseValue()
end

local str = '{"name":"Alice","age":23,"gender":"female","contacts":{"email":"alice@test.com","phone":"1234567890"},"hobbies":["reading","swimming","travel"]}'
local data = parse(str)

通过自己编写JSON解析器的方式，我们可以更深度地理解JSON的解析原理，同时也能够更好地掌握Lua的语法特性和函数使用方法。

五、总结

JSON是一种简单、轻量级的数据交换格式，在前后端数据交互中有着广泛的应用。在Lua中，我们可以使用json库对JSON进行解析和序列化，也可以通过编写自己的JSON解析器，更深入地理解JSON的解析原理和Lua语法特性。无论使用何种方式，掌握好JSON的解析和序列化操作都是成为一名优秀的Lua工程师必须掌握的技能之一。