通用序列化和反序列化实现思路

fengqiao19992024-10-21 13:59

本文简单的记录一下采用模板来实现序列化与反序列的思路， 同时采用C++20标准的concept和requires来简化模板函数的选择。

首先了解一下自定义类支持序列化的两种方式：

一、序列化自定义类型（侵入式）

cpp 复制代码 
struct Test {
	std::string name;
	int age;
	
    //序列化接口
	template<class Archive>
	void serialize(Archive & ar) const {
		ar & REFLEX(name);
		ar & REFLEX(age);
	}
};

二、序列化自定义类型（非侵入式）

cpp 复制代码 
struct Test2 {
	std::string name;
	int age;
};

 //序列化接口
template<class Archive>
void serialize(Archive & ar,const Test2& t) {
    ar & REFLEX(t.name);
    ar & REFLEX(t.age);
}

这种方法用于序列化一些外部库定义的类，或一些不希望修改实现的类。

接下来实现一个采用二进制方案的序列化类

cpp 复制代码 
//用于识别自定义类内部是否支持serialize函数
template<typename AR, typename V>
concept is_user_def_inside = requires(AR ar, V v) {
	v.serialize(ar);
};

//用于识别自定义类外部是否支持了serialize函数
template<typename AR, typename V>
concept is_user_def_outside = requires(AR ar, V v) {
	serialize(ar, v);
};


class ArchiveOut {
public:
    ArchiveOut(std::ostream& os):m_os(os){
    }
    using ArchiveTp = ArchiveValue;
    template<typename T>
    ArchiveOut& operator & (const T& val){
        this->operator<<(val);
        return *this;
    }

    //自定义类（侵入式）
    template<typename T>
    requires(is_user_def_inside<ArchiveOut,T>)
    ArchiveOut& operator << (const T& val){
        val.serialize(*this);
        return *this;
    }


    // 可平凡复制 
    template<typename T>
    requires(std::is_trivially_copyable<T>::value)
    ArchiveOut& operator << (const T& val){
        m_os.write((const char *)&val, sizeof(T));
        return *this;
    }

    
     //自定义类（非侵入式）
    template<typename T>
    requires(!std::is_trivially_copyable<T>::value && !is_user_def_inside<ArchiveOut,T> && is_user_def_outside<ArchiveOut,T>)
    ArchiveOut& operator << (const T& val){
        serialize(*this,  val);
        return *this;
    }
   
    //string 特化
    ArchiveOut& operator << (const std::string& val){
        size_t size = val.size();
	    m_os.write((const char *)&size, sizeof(size));
	    m_os.write((const char *)val.data(), size * sizeof(typename std::string::value_type));
        return *this;
    }
    //其它类型处理
private:
    std::ostream& m_os;
};

前文中的REFLEX为自定义宏， 用于生成诸如json、xml时，对字段名的反射， 因为基于二进制序列化的时候，可以只保存值，而不需要保存字段名，但生成json、xml等格式时需要用到字段名称，因此实现Reflex时，需要根据序列化类型字段选择。

cpp 复制代码 
#define REFLEX(param)  CReflex(param, #param)
#define REFLEX_ALIAS(param, alias) CReflex(param, alias)

//只针对值进行序列化
enum class ArchiveValue {
};
//对字段名和值进行序列化
enum class ArchiveKeyValue {
};


template<typename T>
concept is_key_value = requires() {
	std::is_same<typename T::ArchiveTp, ArchiveKeyValue>::value;
};


template<typename T>
concept is_only_value = requires() {
	std::is_same<typename T::ArchiveTp, ArchiveValue>::value;
};



template<typename T>
class CReflex {
public:
	CReflex(T& value, const std::string& strName) :m_value(value), m_name(strName) {};


    template<typename Archive>
	requires(is_only_value<Archive>)
	void serialize(Archive& ar)const {
		ar & m_value;
	}

	template<typename Archive>
	requires(!is_only_value<Archive> && is_key_value<Archive>)
	void serialize(Archive& ar)const {
		ar & (m_name, m_value);
	}
private:
	T& m_value;
	std::string m_name;
};

到这里一个大致的模型已经实现，当然，真正实施起来还有许多细节需要补充。

附完整代码：

cpp 复制代码 
#include <string>
#include <concepts>
#include <iostream> 
#include <sstream>
#include <type_traits>

#define REFLEX(param)  CReflex(param, #param)
#define REFLEX_ALIAS(param, alias) CReflex(param, alias)

//只针对值进行序列化
enum class ArchiveValue {
};
//对字段名和值进行序列化
enum class ArchiveKeyValue {
};


template<typename T>
concept is_key_value = requires() {
	std::is_same<typename T::ArchiveTp, ArchiveKeyValue>::value;
};


template<typename T>
concept is_only_value = requires() {
	std::is_same<typename T::ArchiveTp, ArchiveValue>::value;
};



template<typename T>
class CReflex {
public:
	CReflex(T& value, const std::string& strName) :m_value(value), m_name(strName) {};


    template<typename Archive>
	requires(is_only_value<Archive>)
	void serialize(Archive& ar)const {
		ar & m_value;
	}

	template<typename Archive>
	requires(!is_only_value<Archive> && is_key_value<Archive>)
	void serialize(Archive& ar)const {
		ar & (m_name, m_value);
	}
private:
	T& m_value;
	std::string m_name;
};


template<typename T>
concept is_container = requires(T res, T::value_type v) {
	res.insert(res.begin(), v);
};

template<typename AR, typename V>
concept is_user_def_inside = requires(AR ar, V v) {
	v.serialize(ar);
};

template<typename AR, typename V>
concept is_user_def_outside = requires(AR ar, V v) {
	serialize(ar, v);
};


class ArchiveOut {
public:
    ArchiveOut(std::ostream& os):m_os(os){
    }
    using ArchiveTp = ArchiveValue;
    template<typename T>
    ArchiveOut& operator & (const T& val){
        this->operator<<(val);
        return *this;
    }

    //自定义类（侵入式）
    template<typename T>
    requires(is_user_def_inside<ArchiveOut,T>)
    ArchiveOut& operator << (const T& val){
        val.serialize(*this);
        return *this;
    }


    // 可平凡复制 
    template<typename T>
    requires(std::is_trivially_copyable<T>::value)
    ArchiveOut& operator << (const T& val){
        m_os.write((const char *)&val, sizeof(T));
        return *this;
    }

    
     //自定义类（非侵入式）
    template<typename T>
    requires(!std::is_trivially_copyable<T>::value && !is_user_def_inside<ArchiveOut,T> && is_user_def_outside<ArchiveOut,T>)
    ArchiveOut& operator << (const T& val){
        serialize(*this,  val);
        return *this;
    }
   
    //string 特化
    ArchiveOut& operator << (const std::string& val){
        size_t size = val.size();
	    m_os.write((const char *)&size, sizeof(size));
	    m_os.write((const char *)val.data(), size * sizeof(typename std::string::value_type));
        return *this;
    }
    //其它类型处理
private:
    std::ostream& m_os;
};

struct Test {
	std::string name;
	int age;
	
    //序列化接口
	template<class Archive>
	void serialize(Archive & ar) const {
		ar & REFLEX(name);
		ar & REFLEX(age);
	}
};

struct Test2 {
	std::string name;
	int age;
};

 //序列化接口
template<class Archive>
void serialize(Archive & ar,const Test2& t) {
    ar & REFLEX(t.name);
    ar & REFLEX(t.age);
}

int main()
{
    Test t = {"zhangshan", 36};
    Test2 t2 = {"liubei", 38};
    std::ostringstream ss;
    ArchiveOut ar(ss);

    ar << t << t2;

    std::cout << "size : " << ss.str().length() << ", value: " << ss.str() << std::endl;
    return 0;
}
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