嵌入式上位机开发入门（二十八）：JSON 与 JsonRPC 入门

目录

• 一、前言
• [二、JSON 是什么](#二、JSON 是什么)
• [三、JSON 的数据类型](#三、JSON 的数据类型)
• [四、C++ 处理 JSON：Jsoncpp](#四、C++ 处理 JSON：Jsoncpp)
• [五、C 处理 JSON：cJSON 库函数](#五、C 处理 JSON：cJSON 库函数)
• [六、cJSON 实战：解析嵌套 JSON](#六、cJSON 实战：解析嵌套 JSON)
• [七、JsonRPC 是什么](#七、JsonRPC 是什么)
• [八、JsonRPC 调用流程](#八、JsonRPC 调用流程)
• 九、总结
• 十、结尾

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一、前言

大家好，这里是 Hello_Embed。上篇完成了 MQTT 的调试与容错优化，让客户端在弱网环境下更扛造。

本篇引入两个新概念：JSON 和 JsonRPC。在上位机软件框架中，前台 GUI 与后台控制中心通过网络通信，数据会以 JSON 格式封装成 JsonRPC 远程调用------这是本系列后半段的技术基础。

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二、JSON 是什么

JSON（JavaScript Object Notation，JavaScript 对象表示法）是一种轻量的数据交换格式，易于人阅读和编写，也易于机器解析和生成。它独立于编程语言，几乎所有主流语言都支持 JSON 数据交换。

JSON 的核心结构是 键值对（name:value），用"名称"去索引对应的"值"，类似 C 语言的字典或结构体成员。

解析：JSON 和 XML 都是常见的数据交换格式，但 JSON 更轻量------同一条数据，JSON 的字符数通常只有 XML 的 1/3~1/2，网络传输效率更高，这也是为什么现代 Web API 和上位机通信几乎都选 JSON。

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三、JSON 的数据类型

JSON 的值（value）支持以下几种类型：

类型	示例	说明
字符串	"John"	双引号包裹，支持转义字符
整数	30	不带小数点的数字
浮点数	4.5	带小数点的数字
布尔值	true / false	注意是全小写
空值	null	表示"无值"
数组	["apple", "banana"]	有序列表，元素类型可混
对象	{ "name": "John" }	键值对集合，可嵌套

下面是一个包含多种类型的 JSON 示例：

{
    "title": "JSON Example",
    "author": {
        "name": "John Doe",
        "age": 35,
        "isVerified": true
    },
    "tags": ["json", "syntax", "example"],
    "rating": 4.5,
    "isPublished": false,
    "comments": null
}

这个例子展示了两层嵌套：author 是一个子对象，tags 是一个字符串数组。

解析 ：在上位机场景中，传感器数据通常打包成 JSON 对象，比如 { "temp": 25.6, "humid": 60 }，传输效率高，解析也简单。

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四、C++ 处理 JSON：Jsoncpp

上位机程序通常用 C++ 开发，业界最常用的 C++ JSON 库是 Jsoncpp。

官方仓库：https://github.com/open-source-parsers/jsoncpp

Jsoncpp 功能完整，支持从字符串解析 JSON、构建 JSON 对象、序列化回字符串，是上位机处理 JSON 的首选方案。

解析：上位机（PC 端）资源充足，用 Jsoncpp 这类功能完整的库没有问题。后续移植到嵌入式的 MQTT 部分，则更倾向用轻量的 cJSON。

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五、C 处理 JSON：cJSON 库函数

在 C 语言环境下，可以使用 cJSON 库。相比 Jsoncpp，cJSON 更加轻量，适合资源受限的嵌入式场景。

cJSON 的核心使用流程如下：

5.1 解析：从字符串创建 cJSON 结构体

/* 从 JSON 字符串解析出 cJSON 结构体（类似 JSON.parse()） */
cJSON *cJSON_Parse(const char *value);

/* 直接创建一个空的 JSON 对象（类似 {}） */
cJSON *cJSON_CreateObject(void);

5.2 写入：往对象里添加数据

/* 添加各种类型的成员 */
cJSON_AddNullToObject(object, name);          /* 添加 null */
cJSON_AddTrueToObject(object, name);           /* 添加 true */
cJSON_AddFalseToObject(object, name);          /* 添加 false */
cJSON_AddBoolToObject(object, name, boolean);  /* 添加布尔值 */
cJSON_AddNumberToObject(object, name, number);  /* 添加数字 */
cJSON_AddStringToObject(object, name, string); /* 添加字符串 */
cJSON_AddObjectToObject(object, name);         /* 添加子对象 */
cJSON_AddArrayToObject(object, name);          /* 添加数组 */

5.3 读取：根据键名或下标取值

/* 根据键名（key）获取成员，类似 JS 的 obj.name */
cJSON *cJSON_GetObjectItem(const cJSON *object, const char *string);

/* 根据数组下标获取元素，类似 JS 的 arr[0] */
cJSON *cJSON_GetArrayItem(const cJSON *array, int index);

cJSON 结构体内部存储了三种数值形式：valuestring（字符串值）、valueint（整数值）、valuedouble（浮点数值），直接访问即可。

5.4 释放：删除 cJSON 结构体

/* 释放 cJSON 结构体及其子节点，避免内存泄漏 */
cJSON_Delete(cJSON *item);

解析 ：cJSON 的设计思路是"一切皆节点"------数组和对象在 cJSON 眼里都是 cJSON * 指针，遍历时用 cJSON_GetArrayItem 按下标取，用 cJSON_GetObjectItem 按键名取。这种统一结构让代码写起来很简洁。

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六、cJSON 实战：解析嵌套 JSON

用一段测试代码演示完整的解析流程：

#include <stdio.h>
#include "cJSON.h"

int main(int argc, char** argv)
{
    /* 待解析的 JSON 字符串（多行字符串字面量） */
    const char* str = " \
        { \
            \"title\": \"JSON Example\", \
            \"author\": { \
                \"name\": \"John Doe\", \
                \"age\": 35, \
                \"isVerified\": true \
            }, \
            \"tags\": [\"json\", \"syntax\", \"example\"], \
            \"rating\": 4.5, \
            \"isPublished\": false, \
            \"comments\": null \
        }";

    /* 第一步：解析字符串 → cJSON 结构体 */
    cJSON *json = cJSON_Parse(str);
    if (!json) /* 解析失败返回 NULL */
    {
        printf("cJSON_Parse err\n");
        return 0;
    }

    /* 第二步：取 "author" 子对象 */
    cJSON *author = cJSON_GetObjectItem(json, "author");

    /* 第三步：从 author 中取 "age"，强转为整数值打印 */
    cJSON *age = cJSON_GetObjectItem(author, "age");
    if (age)
        printf("age = %d\n", age->valueint); /* 输出：age = 35 */

    /* 第四步：取 "tags" 数组，再按下标取第 3 个元素（index=2） */
    cJSON *tags = cJSON_GetObjectItem(json, "tags");
    cJSON *item = cJSON_GetArrayItem(tags, 2); /* 0-indexed，取第3个 */
    if (item)
        printf("item = %s\n", item->valuestring); /* 输出：item = example */

    /* 第五步：解析完毕，释放内存 */
    cJSON_Delete(json);
    return 0;
}

运行结果：

age = 35
item = example

解析 ：cJSON_GetArrayItem 是 0-indexed（从 0 开始），所以 index=2 取的是第三个元素 "example"。解析完记得调用 cJSON_Delete 释放整个树，否则会内存泄漏。

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七、JsonRPC 是什么

RPC（Remote Procedure Call，远程过程调用） 是一种通过网络调用另一台计算机上程序子进程的技术。对调用方来说，就像在调用本地函数一样，不需要关心网络细节。

在带 GUI 的上位机系统中，程序通常拆为前台 GUI 和后台控制中心两部分：

• 前台：负责界面显示
• 后台：负责数据处理、设备控制
• 两者通过网络通信，用 JsonRPC 封装调用

JsonRPC 是 RPC 的一种，以 JSON 作为数据格式，工作原理概括如下：

1. 客户端像调用本地函数一样调用接口（传入方法名和参数）
2. 客户端将调用信息组装成 JSON 数据，通过 socket 发送
3. 服务端收到后反序列化（解码），执行对应函数
4. 服务端将执行结果组装成 JSON，通过 socket 返回
5. 客户端收到后解析 JSON，取出返回值

解析 ：JsonRPC 的核心价值是前后端解耦------前台不需要知道后台是用什么语言实现，后台也可以独立升级。前后台通过"方法名 + 参数"的 JSON 约定来通信，和具体的编程语言无关。

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八、JsonRPC 调用流程

以一个具体例子说明调用 subtract(42, 23) 的完整流程。假设客户端想调用远端的减法函数：

请求（Client → Server）

{"jsonrpc": "2.0", "method": "subtract", "params": [42, 23], "id": 1}

响应（Server → Client）

{"jsonrpc": "2.0", "result": 19, "id": 1}

其中：

• jsonrpc：协议版本，固定为 "2.0"
• method：想调用的远程方法名
• params：方法参数（可以是数组或对象）
• id：请求编号，用于匹配请求和响应

详细步骤拆解

步骤	角色	操作
1	Client	调用 rpc_sub(42, 23)，内部构造 JSON 请求字符串
2	Client	用 send() 通过 socket 发送 JSON
3	Server	用 recv() 收到 JSON 字符串
4	Server	调用 cJSON_Parse 解析出 method 和 params
5	Server	根据 method 找到本地 local_sub(int v1, int v2) 并执行，得到 19
6	Server	构造结果 JSON {"jsonrpc":"2.0","result":19,"id":1}
7	Server	用 send() 返回给 Client
8	Client	解析响应 JSON，取出 result

解析 ：对 Client 调用者来说，只需要实现一个 rpc_sub 函数，往 JSON 格式里填方法名和参数就行了，不需要知道 socket、序列化、反序列化这些底层细节------JsonRPC 库会帮你处理这些。

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九、总结

知识点	要点
JSON 格式	键值对（name:value），支持 7 种数据类型，独立于语言
Jsoncpp	C++ 处理 JSON 的库，功能完整，适合上位机 PC 端
cJSON 函数	解析（cJSON_Parse）/ 写入（cJSON_Add*ToObject）/ 读取（cJSON_GetObjectItem / GetArrayItem）/ 释放（cJSON_Delete）
cJSON 存储	三种值形式：valuestring、valueint、valuedouble，按需访问
RPC 概念	远程调用，本地函数语法，网络透明
JsonRPC	以 JSON 为数据格式的 RPC，前后端解耦，独立升级
JsonRPC 字段	jsonrpc（版本）/ method（方法）/ params（参数）/ id（请求编号）/ result（返回值）

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十、结尾

本篇完成了 JSON 和 JsonRPC 的入门：了解了 JSON 的 7 种数据类型、cJSON 的增删改查函数，并通过一个完整的调用流程理解了 JsonRPC "本地调用语法 + JSON 网络传输" 的工作原理。

下一篇将实现 JsonRPC 的 Server 端，敬请期待～

Hello_Embed 继续带你从原理到实践，掌握嵌入式上位机开发的核心技能，敬请关注～

嵌入式上位机开发入门（二十八）：JSON 与 JsonRPC 入门

目录

• 一、前言
• [二、JSON 是什么](#二、JSON 是什么)
• [三、JSON 的数据类型](#三、JSON 的数据类型)
• [四、C++ 处理 JSON：Jsoncpp](#四、C++ 处理 JSON：Jsoncpp)
• [五、C 处理 JSON：cJSON 库函数](#五、C 处理 JSON：cJSON 库函数)
• [六、cJSON 实战：解析嵌套 JSON](#六、cJSON 实战：解析嵌套 JSON)
• [七、JsonRPC 是什么](#七、JsonRPC 是什么)
• [八、JsonRPC 调用流程](#八、JsonRPC 调用流程)
• 九、总结
• 十、结尾

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一、前言

大家好，这里是 Hello_Embed。上篇完成了 MQTT 的调试与容错优化，让客户端在弱网环境下更扛造。

本篇引入两个新概念：JSON 和 JsonRPC。在上位机软件框架中，前台 GUI 与后台控制中心通过网络通信，数据会以 JSON 格式封装成 JsonRPC 远程调用------这是本系列后半段的技术基础。

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二、JSON 是什么

JSON（JavaScript Object Notation，JavaScript 对象表示法）是一种轻量的数据交换格式，易于人阅读和编写，也易于机器解析和生成。它独立于编程语言，几乎所有主流语言都支持 JSON 数据交换。

JSON 的核心结构是 键值对（name:value），用"名称"去索引对应的"值"，类似 C 语言的字典或结构体成员。

解析：JSON 和 XML 都是常见的数据交换格式，但 JSON 更轻量------同一条数据，JSON 的字符数通常只有 XML 的 1/3~1/2，网络传输效率更高，这也是为什么现代 Web API 和上位机通信几乎都选 JSON。

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三、JSON 的数据类型

JSON 的值（value）支持以下几种类型：

类型	示例	说明
字符串	"John"	双引号包裹，支持转义字符
整数	30	不带小数点的数字
浮点数	4.5	带小数点的数字
布尔值	true / false	注意是全小写
空值	null	表示"无值"
数组	["apple", "banana"]	有序列表，元素类型可混
对象	{ "name": "John" }	键值对集合，可嵌套

下面是一个包含多种类型的 JSON 示例：

{
    "title": "JSON Example",
    "author": {
        "name": "John Doe",
        "age": 35,
        "isVerified": true
    },
    "tags": ["json", "syntax", "example"],
    "rating": 4.5,
    "isPublished": false,
    "comments": null
}

这个例子展示了两层嵌套：author 是一个子对象，tags 是一个字符串数组。

解析 ：在上位机场景中，传感器数据通常打包成 JSON 对象，比如 { "temp": 25.6, "humid": 60 }，传输效率高，解析也简单。

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四、C++ 处理 JSON：Jsoncpp

上位机程序通常用 C++ 开发，业界最常用的 C++ JSON 库是 Jsoncpp。

官方仓库：https://github.com/open-source-parsers/jsoncpp

Jsoncpp 功能完整，支持从字符串解析 JSON、构建 JSON 对象、序列化回字符串，是上位机处理 JSON 的首选方案。

解析：上位机（PC 端）资源充足，用 Jsoncpp 这类功能完整的库没有问题。后续移植到嵌入式的 MQTT 部分，则更倾向用轻量的 cJSON。

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五、C 处理 JSON：cJSON 库函数

在 C 语言环境下，可以使用 cJSON 库。相比 Jsoncpp，cJSON 更加轻量，适合资源受限的嵌入式场景。

cJSON 的核心使用流程如下：

5.1 解析：从字符串创建 cJSON 结构体

/* 从 JSON 字符串解析出 cJSON 结构体（类似 JSON.parse()） */
cJSON *cJSON_Parse(const char *value);

/* 直接创建一个空的 JSON 对象（类似 {}） */
cJSON *cJSON_CreateObject(void);

5.2 写入：往对象里添加数据

/* 添加各种类型的成员 */
cJSON_AddNullToObject(object, name);          /* 添加 null */
cJSON_AddTrueToObject(object, name);           /* 添加 true */
cJSON_AddFalseToObject(object, name);          /* 添加 false */
cJSON_AddBoolToObject(object, name, boolean);  /* 添加布尔值 */
cJSON_AddNumberToObject(object, name, number);  /* 添加数字 */
cJSON_AddStringToObject(object, name, string); /* 添加字符串 */
cJSON_AddObjectToObject(object, name);         /* 添加子对象 */
cJSON_AddArrayToObject(object, name);          /* 添加数组 */

5.3 读取：根据键名或下标取值

/* 根据键名（key）获取成员，类似 JS 的 obj.name */
cJSON *cJSON_GetObjectItem(const cJSON *object, const char *string);

/* 根据数组下标获取元素，类似 JS 的 arr[0] */
cJSON *cJSON_GetArrayItem(const cJSON *array, int index);

cJSON 结构体内部存储了三种数值形式：valuestring（字符串值）、valueint（整数值）、valuedouble（浮点数值），直接访问即可。

5.4 释放：删除 cJSON 结构体

/* 释放 cJSON 结构体及其子节点，避免内存泄漏 */
cJSON_Delete(cJSON *item);

解析 ：cJSON 的设计思路是"一切皆节点"------数组和对象在 cJSON 眼里都是 cJSON * 指针，遍历时用 cJSON_GetArrayItem 按下标取，用 cJSON_GetObjectItem 按键名取。这种统一结构让代码写起来很简洁。

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六、cJSON 实战：解析嵌套 JSON

用一段测试代码演示完整的解析流程：

#include <stdio.h>
#include "cJSON.h"

int main(int argc, char** argv)
{
    /* 待解析的 JSON 字符串（多行字符串字面量） */
    const char* str = " \
        { \
            \"title\": \"JSON Example\", \
            \"author\": { \
                \"name\": \"John Doe\", \
                \"age\": 35, \
                \"isVerified\": true \
            }, \
            \"tags\": [\"json\", \"syntax\", \"example\"], \
            \"rating\": 4.5, \
            \"isPublished\": false, \
            \"comments\": null \
        }";

    /* 第一步：解析字符串 → cJSON 结构体 */
    cJSON *json = cJSON_Parse(str);
    if (!json) /* 解析失败返回 NULL */
    {
        printf("cJSON_Parse err\n");
        return 0;
    }

    /* 第二步：取 "author" 子对象 */
    cJSON *author = cJSON_GetObjectItem(json, "author");

    /* 第三步：从 author 中取 "age"，强转为整数值打印 */
    cJSON *age = cJSON_GetObjectItem(author, "age");
    if (age)
        printf("age = %d\n", age->valueint); /* 输出：age = 35 */

    /* 第四步：取 "tags" 数组，再按下标取第 3 个元素（index=2） */
    cJSON *tags = cJSON_GetObjectItem(json, "tags");
    cJSON *item = cJSON_GetArrayItem(tags, 2); /* 0-indexed，取第3个 */
    if (item)
        printf("item = %s\n", item->valuestring); /* 输出：item = example */

    /* 第五步：解析完毕，释放内存 */
    cJSON_Delete(json);
    return 0;
}

运行结果：

age = 35
item = example

解析 ：cJSON_GetArrayItem 是 0-indexed（从 0 开始），所以 index=2 取的是第三个元素 "example"。解析完记得调用 cJSON_Delete 释放整个树，否则会内存泄漏。

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七、JsonRPC 是什么

RPC（Remote Procedure Call，远程过程调用） 是一种通过网络调用另一台计算机上程序子进程的技术。对调用方来说，就像在调用本地函数一样，不需要关心网络细节。

在带 GUI 的上位机系统中，程序通常拆为前台 GUI 和后台控制中心两部分：

• 前台：负责界面显示
• 后台：负责数据处理、设备控制
• 两者通过网络通信，用 JsonRPC 封装调用

JsonRPC 是 RPC 的一种，以 JSON 作为数据格式，工作原理概括如下：

1. 客户端像调用本地函数一样调用接口（传入方法名和参数）
2. 客户端将调用信息组装成 JSON 数据，通过 socket 发送
3. 服务端收到后反序列化（解码），执行对应函数
4. 服务端将执行结果组装成 JSON，通过 socket 返回
5. 客户端收到后解析 JSON，取出返回值

解析 ：JsonRPC 的核心价值是前后端解耦------前台不需要知道后台是用什么语言实现，后台也可以独立升级。前后台通过"方法名 + 参数"的 JSON 约定来通信，和具体的编程语言无关。

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八、JsonRPC 调用流程

以一个具体例子说明调用 subtract(42, 23) 的完整流程。假设客户端想调用远端的减法函数：

请求（Client → Server）

{"jsonrpc": "2.0", "method": "subtract", "params": [42, 23], "id": 1}

响应（Server → Client）

{"jsonrpc": "2.0", "result": 19, "id": 1}

其中：

• jsonrpc：协议版本，固定为 "2.0"
• method：想调用的远程方法名
• params：方法参数（可以是数组或对象）
• id：请求编号，用于匹配请求和响应

详细步骤拆解

步骤	角色	操作
1	Client	调用 rpc_sub(42, 23)，内部构造 JSON 请求字符串
2	Client	用 send() 通过 socket 发送 JSON
3	Server	用 recv() 收到 JSON 字符串
4	Server	调用 cJSON_Parse 解析出 method 和 params
5	Server	根据 method 找到本地 local_sub(int v1, int v2) 并执行，得到 19
6	Server	构造结果 JSON {"jsonrpc":"2.0","result":19,"id":1}
7	Server	用 send() 返回给 Client
8	Client	解析响应 JSON，取出 result

解析 ：对 Client 调用者来说，只需要实现一个 rpc_sub 函数，往 JSON 格式里填方法名和参数就行了，不需要知道 socket、序列化、反序列化这些底层细节------JsonRPC 库会帮你处理这些。

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九、总结

知识点	要点
JSON 格式	键值对（name:value），支持 7 种数据类型，独立于语言
Jsoncpp	C++ 处理 JSON 的库，功能完整，适合上位机 PC 端
cJSON 函数	解析（cJSON_Parse）/ 写入（cJSON_Add*ToObject）/ 读取（cJSON_GetObjectItem / GetArrayItem）/ 释放（cJSON_Delete）
cJSON 存储	三种值形式：valuestring、valueint、valuedouble，按需访问
RPC 概念	远程调用，本地函数语法，网络透明
JsonRPC	以 JSON 为数据格式的 RPC，前后端解耦，独立升级
JsonRPC 字段	jsonrpc（版本）/ method（方法）/ params（参数）/ id（请求编号）/ result（返回值）

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十、结尾

本篇完成了 JSON 和 JsonRPC 的入门：了解了 JSON 的 7 种数据类型、cJSON 的增删改查函数，并通过一个完整的调用流程理解了 JsonRPC "本地调用语法 + JSON 网络传输" 的工作原理。

下一篇将实现 JsonRPC 的 Server 端，敬请期待～

Hello_Embed 继续带你从原理到实践，掌握嵌入式上位机开发的核心技能，敬请关注～