JSON和Go

本文翻译自《JSON and Go》。

Andrew Gerrand

2011/01/25

介绍

JSON（JavaScript对象表示法）是一种简单的数据交换格式。在语法上，它类似于JavaScript的对象和列表。它最常用于web后端和浏览器中运行的JavaScript程序之间的通信，但也用于许多其他地方。它的主页json.org提供了一个非常清晰和简洁的标准定义。

使用json包，从Go程序读取和写入json数据很简单。

编码

为了编码JSON数据，我们使用Marshal函数。

func Marshal(v interface{}) ([]byte, error)

给定Go结构体Message，

type Message struct {
    Name string
    Body string
    Time int64
}

和Message的一个实例：

m := Message{"Alice", "Hello", 1294706395881547000}

我们可以使用json.Marshal函数得到m的JSON编码版本：

b, err := json.Marshal(m)

如果一切顺利，err将为nil，b将是包含此JSON数据的[]byte：

b == []byte(`{"Name":"Alice","Body":"Hello","Time":1294706395881547000}`)

只有可以表示为有效JSON的数据结构才可以被编码：

JSON对象只支持字符串作为键；要编码Go的map类型，它必须是map[string]T格式（其中T是json包支持的任何Go类型）。
无法对通道、复数和函数类型进行编码。
不支持循环数据结构；他们会使Marshal陷入无限循环。
指针将被编码为它们指向的值（如果指针为空，则编码为“null”）。

json包只访问结构体类型的导出字段（以大写字母开头的字段）。因此，只有结构体的导出字段才会出现在JSON的输出中。

解码

要解码JSON数据，我们使用Unmarshal函数。

func Unmarshal(data []byte, v interface{}) error

我们必须首先创建一个存储解码数据的变量：

var m Message

并调用json.Unmarshal，将一个[]byte的JSON数据和一个指向m的指针传递给它：

err := json.Unmarshal(b, &m)

如果b包含适合m的有效JSON，则在调用之后err将为nil，并且来自b的数据将存储在结构体m中，就像通过如下赋值一样：

m = Message{
    Name: "Alice",
    Body: "Hello",
    Time: 1294706395881547000,
}

Unmarshal如何识别存储解码数据的字段？对于给定的JSON键“Foo”，Unmarshal将查看目标结构体的字段来查找（按以下优先级顺序）：

带有“Foo”标签(tag)的导出（公有）字段（有关结构体标签的更多信息，请参阅Go语言规范），
名为“Foo”的导出字段，或
其他“Foo”单词的不区分大小写的匹配项，例如名为“FOO”或“FoO”的导出字段。

当JSON数据的结构与Go类型不完全匹配时会发生什么？

b := []byte(`{"Name":"Bob","Food":"Pickle"}`)
var m Message
err := json.Unmarshal(b, &m)

Unmarshal将只解码它可以在目标类型中找到的字段。在这种情况下，只会填充m的Name字段，而忽略Food字段。当你希望从大型JSON数据中仅选择几个特定字段时，此行为特别有用。这也意味着目标结构体中任何未导出（私有）的字段都不会受到Unmarshal的影响。

但是，如果你事先不知道JSON数据的结构怎么办？

带接口的通用JSON

interface{}（空接口）类型描述了一个具有零个方法（没有一个方法）的接口。每个Go类型都至少实现了零个方法，因此都实现了空接口。

空接口可以用作通用的容器类型：

var i interface{}
i = "a string"
i = 2011
i = 2.777

类型断言访问底层的具体类型：

r := i.(float64)
fmt.Println("the circle's area", math.Pi*r*r)

或者，如果底层类型未知，则可以使用switch语句来确定类型：

switch v := i.(type) {
case int:
    fmt.Println("twice i is", v*2)
case float64:
    fmt.Println("the reciprocal of i is", 1/v)
case string:
    h := len(v) / 2
    fmt.Println("i swapped by halves is", v[h:]+v[:h])
default:
    // i的类型不是以上类型中的一种
}

json包使用map[string]interface{}或[]interface{}值来存储任意JSON对象或数组；它会愉快地将任何有效的JSON blob解码为一个普通的interface{}值。interface{}值默认使用的底层Go类型是：

bool用于JSON布尔值，
float64用于JSON数字值，
string用于JSON字符串值，以及
nil用于JSON的null（空值）。

解码任意数据

考虑这个存储在变量b中的JSON数据：

b := []byte(`{"Name":"Wednesday","Age":6,"Parents":["Gomez","Morticia"]}`)

在不知道此数据的内部结构的情况下，我们可以使用Unmarshal将其解码为interface{}值：

var f interface{}
err := json.Unmarshal(b, &f)

此时，f中的Go值将是一个map，其键为字符串，其值存储为空接口interface{}值：

f = map[string]interface{}{
    "Name": "Wednesday",
    "Age":  6,
    "Parents": []interface{}{
        "Gomez",
        "Morticia",
    },
}

要访问此数据，我们可以使用类型断言来访问f的底层map[string]interface{}：

m := f.(map[string]interface{})

然后我们可以使用range语句遍历这个map，并使用switch语句来判断其值的具体类型：

for k, v := range m {
    switch vv := v.(type) {
    case string:
        fmt.Println(k, "is string", vv)
    case float64:
        fmt.Println(k, "is float64", vv)
    case []interface{}:
        fmt.Println(k, "is an array:")
        for i, u := range vv {
            fmt.Println(i, u)
        }
    default:
        fmt.Println(k, "is of a type I don't know how to handle")
    }
}

通过这种方式，你可以使用未知内部结构的JSON数据，同时仍然享受类型安全的好处。

引用类型

让我们定义一个Go类型来包含上一个示例中的数据：

type FamilyMember struct {
    Name    string
    Age     int
    Parents []string
}

var m FamilyMember
err := json.Unmarshal(b, &m)

将该数据解码为FamilyMember值按预期工作，但如果我们仔细观察，我们会发现发生了一件了不起的事情。通过var语句，我们分配了一个FamilyMember结构体，然后将指向该值的指针提供给Unmarshal函数，但此时Parents字段是一个nil切片值。为了填充Parents字段，Unmarshal函数在幕后分配了一个新切片。这是Unmarshal解码它支持的引用类型（指针、切片和映射）的典型方式。

考虑解码到这个数据结构中：

type Foo struct {
    Bar *Bar
}

如果JSON中有一个Bar字段，Unmarshal函数将会分配一个新的Bar实例并填充它。否则，Bar将被保留为nil指针。

由此产生了一个有用的模式：如果你有一个接收几种不同消息类型的应用程序，你可以定义“接收者”结构，例如

type IncomingMessage struct {
    Cmd *Command
    Msg *Message
}

发送方可以填充JSON对象的Cmd字段和/或Msg字段，具体取决于他们想要传达的消息类型。Unmarshal函数在将JSON解码为IncomingMessage结构时，将仅分配JSON数据中存在的那个数据结构。具体要处理哪种消息，程序员只需测试Cmd或Msg是否不为nil。

数据流的编码器和解码器

json包提供了Decoder和Encoder类型来支持读写JSON数据流的操作。NewDecoder和NewEncoder函数包装了io.Reader和io.Writer接口类型。

func NewDecoder(r io.Reader) *Decoder
func NewEncoder(w io.Writer) *Encoder

下面是一个示例程序，它从标准输入流中读取一系列JSON对象，从每个对象中删除除了Name字段以外的所有字段，然后将对象写入标准输出流：

package main

import (
    "encoding/json"
    "log"
    "os"
)

func main() {
    dec := json.NewDecoder(os.Stdin)
    enc := json.NewEncoder(os.Stdout)
    for {
        var v map[string]interface{}
        if err := dec.Decode(&v); err != nil {
            log.Println(err)
            return
        }
        for k := range v {
            if k != "Name" {
                delete(v, k)
            }
        }
        if err := enc.Encode(&v); err != nil {
            log.Println(err)
        }
    }
}

由于io.Reader和io.Writer的广泛使用，这些Decoder和Encoder类型可以用于广泛的场景，例如读取和写入HTTP连接、WebSocket或文件等。

参考

有关详细信息，请参阅json包的文档。有关json的示例用法，请参阅jsonrpc包的源文件。

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