使用Lua編寫JSON解析器

JSON(JavaScript Object Notation)是一種輕量級的數據交換格式，廣泛應用於前後端數據交互，伺服器消息推送、移動應用程序數據存儲等場景。在Lua中，我們使用json庫對JSON進行解析與序列化。json庫是由RapidJSON C++ 庫改寫的的C語言實現的json解析庫，可以在Lua與C/C++之間無縫兼容，極大地方便了在Lua環境下的JSON解析與序列化操作。

一、JSON基礎知識

JSON是一種輕量級的數據交換格式，在語法上與JavaScript中的對象字面量非常相似，這方便了Javascript中的JSON解析，同時也給了其他編程語言更廣泛的JSON解析工具。在JSON中，數據對象包含在一個花括弧內，用逗號分隔。 在其中屬性-值對被稱為JSON對象，其中屬性用雙引號括起來，值可以是字元串、數字、邏輯值、數組或嵌套的JSON對象。

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，我們可以使用json庫對JSON進行解析，json庫是由RapidJSON C++ 庫改寫的C語言實現的JSON解析庫，支持UTF-8編碼。

在使用時，我們需要將json庫導入到我們的代碼中，例如：

local json = require "json"

然後使用`json.decode()`函數進行JSON字元串的解析，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)

則最終`data`的值為一個Lua對象，包含了JSON數據中的所有信息。

三、使用Lua對JSON進行序列化

除了解析JSON，我們還可以使用json庫將Lua對象序列化為JSON字元串。使用`json.encode()`函數進行序列化，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)

則最終`str`的值為一個JSON字元串，與之前的JSON數據格式一致。

四、使用Lua編寫自己的JSON解析器

除了使用json庫解析JSON，我們也可以自己編寫一個簡單的JSON解析器，了解JSON的解析原理和實現方式。

在編寫JSON解析器時，我們可以將JSON數據看作一個樹形的數據結構，在解析的過程中，逐步地構建這個樹形結構，最終形成一個Lua對象。

例如：

local json = require "json"

-- 解析JSON字元串
local function parse(jsonStr)
    local pos = 1 -- 當前解析到的位置
    local len = string.len(jsonStr) -- JSON字元串的總長度

    -- 解析一個值
    local function parseValue()
        local ch = string.sub(jsonStr, pos, pos)
        if ch == "{" then -- 解析JSON對象
            local obj = {}
            pos = pos + 1
            ch = string.sub(jsonStr, pos, pos)
            while ch ~= "}" do
                if ch == '"' then -- 解析屬性名
                    pos = pos + 1
                    local key = parseString()
                    pos = pos + 1 -- 跳過":"符號
                    obj[key] = parseValue() -- 遞歸解析屬性值
                    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數組
            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字元串
            return parseString()
        elseif ch == "t" then -- 解析JSON布爾值true
            pos = pos + 4
            return true
        elseif ch == "f" then -- 解析JSON布爾值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數字
            return parseNumber()
        end
    end

    -- 解析JSON字元串
    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數字
    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字元串
    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)

通過自己編寫JSON解析器的方式，我們可以更深度地理解JSON的解析原理，同時也能夠更好地掌握Lua的語法特性和函數使用方法。

五、總結

JSON是一種簡單、輕量級的數據交換格式，在前後端數據交互中有著廣泛的應用。在Lua中，我們可以使用json庫對JSON進行解析和序列化，也可以通過編寫自己的JSON解析器，更深入地理解JSON的解析原理和Lua語法特性。無論使用何種方式，掌握好JSON的解析和序列化操作都是成為一名優秀的Lua工程師必須掌握的技能之一。