21 嵌入式操作系统 | JSON 与 json-c：生成与解析

阿钱真强道2026-09-28 14:46

嵌入式操作系统 | JSON 与 json-c：生成与解析

本课程开源地址（Gitee） ：https://gitee.com/fujianxinxi/qianrushixitongyingyongkaifa.git

课件、示例代码与验收脚本都在该仓库，可直接 git clone 或下载 ZIP 使用。
模块六 · 2 学时 · 环境：VMware + Ubuntu 20.04

一句话概述：从上一课 ubus 打出的 JSON 讲起，一条命令一步地学 JSON：先看懂格式，再用 json-c 生成一份多传感器数据写成文件，接着解析字符串和文件，最后用 Python 的 json 标准库反向校验，配套课堂练习与课后作业。

本节目标

  1. 能看懂 JSON 的结构（对象、数组、键值对），知道它比自定义文本好在哪里
  2. 会用 json-c 生成 JSON（对象/数组/字符串/数字/布尔）并写入文件
  3. 会用 json-c 解析 JSON（从字符串、从文件），取出字段打印出来

一、讲解内容

1.1 知识讲解

JSON 就是"带名字的数据"。 上一课 ubus call 打出来的那一段就是 JSON：用 {} 表示对象（键值对），用 [] 表示数组，值可以是字符串、数字、true/false、还可以再嵌套对象数组。它的好处是人能看懂、机器好解析、跨语言通用（C、Python、JavaScript 都支持），所以设备上报、前后端交互都用它。

本课要生成的数据长这样：

json 复制代码 
{
  "device":"ubuntu-gateway",
  "uptime_s":1200,
  "online":true,
  "sensors":[
    { "name":"温度", "value":25.6, "unit":"C" },
    { "name":"湿度", "value":58.2, "unit":"%RH" }
  ]
}

json-c 常用接口（够用一辈子的那几个）：

函数 作用
json_object_new_object() / json_object_new_array() 建一个对象 / 数组
json_object_object_add(root, "键", 值对象) 往对象里放一个键值对
json_object_array_add(arr, 元素) 往数组里追加一个元素
json_object_new_string / _int / _double / _boolean 造各种类型的值
json_object_to_json_string_ext(root, JSON_C_TO_STRING_PRETTY) 转成整齐的 JSON 字符串
json_tokener_parse(字符串) 把 JSON 字符串解析成对象
json_object_from_file(文件名) 直接从文件读 JSON
json_object_object_get_ex(root, "键", &v) 从对象里取出某个键的值
json_object_get_string / _int / _double / _boolean(v) 取值
json_object_put(root) 释放（json-c 是引用计数，用完要还）

注意一个现象：浮点数打印得"啰嗦"。 C 程序里写 25.6，生成的 JSON 里可能是 25.600000000000001。这是二进制浮点数的正常现象，不是错误 ；Python 用 json.load 读进来还是 25.6（本课最后一步会看到）。

1.2 操作步骤（一条命令一步，看现象）

第 1 步：编译（-ljson-c 是因为用了 json-c 库）

shell 复制代码 
cd ~/lab/课时21-JSON与json-c
gcc -Wall -Wextra -o json_demo json_demo.c -ljson-c

现象：无输出即成功。json-c 是课时 15 用 apt install libjson-c-dev 装上的（库在系统目录，不用自己编）。

第 2 步：先用 Python 造一个 JSON 文件给 C 程序解析（终端 A）

shell 复制代码 
python3 json_check.py make
cat cmd.json

现象：

text 复制代码 
已生成 cmd.json：
{
  "cmd": "set",
  "interval": 7,
  "enable": true,
  "target": "127.0.0.1"
}

第 3 步：C 程序解析这个文件（终端 B）

shell 复制代码 
./json_demo read cmd.json

现象：

text 复制代码 
③ 解析文件 cmd.json：
{
  "cmd":"set",
  "interval":7,
  "enable":true,
  "target":"127.0.0.1"
}
   取到 interval = 7（下一步可以拿它当采集间隔）

第 4 步：C 程序生成 JSON 并写文件

shell 复制代码 
./json_demo

现象（① 生成、② 解析内嵌字符串，最后提示文件已写）：

text 复制代码 
① 生成的 JSON（整齐格式）：
{
  "device":"ubuntu-gateway",
  "uptime_s":1200,
  "online":true,
  "sensors":[
    {
      "name":"温度",
      "value":25.600000000000001,
      "unit":"C"
    },
    {
      "name":"湿度",
      "value":58.200000000000003,
      "unit":"%RH"
    }
  ]
}
   已写入文件：report.json

② 解析这段 JSON：{"cmd":"set","interval":7,"enable":true}
   cmd      = set
   interval = 7
   enable   = true

第 5 步：用 Python 反向校验 C 生成的 JSON（换一种语言读它）

shell 复制代码 
python3 json_check.py check

现象（Python 的 json 标准库读进来，逐项核对字段）：

text 复制代码 
校验 report.json：
  [通过] device = ubuntu-gateway
  [通过] uptime_s = 1200
  [通过] sensors 是数组且有 2 项
  [通过] 传感器 温度 的 value = 25.6 C
  [通过] 传感器 湿度 的 value = 58.2 %RH
全部通过 ✅

注意最后两行 ：C 那边打印的是 25.600000000000001，Python 读出来是 25.6------JSON 的数值本来就是十进制表示，这点差别不影响使用。

第 6 步：自己动手改一改。 在 build_and_save() 里加第三个传感器（电量，batt），或者把 device 改成自己的学号，重新编译运行，再用 Python 校验一次。

1.3 常见错误与排查

现象 原因 解决
gcc: cannot find -ljson-c 没装 json-c 开发包 sudo apt install -y libjson-c-dev
json-c/json.h: No such file or directory 同上 同上
json_tokener_parse 返回空 JSON 字符串格式不对（少引号/逗号） 把字符串打印出来一个字符一个字符对；用 json_check.py 生成合法 JSON
读文件失败 读文件失败: cmd.json 文件不在当前目录 先 python3 json_check.py make；确认 ls -l cmd.json
内存一直涨 忘了 json_object_put() 用完的对象要释放（引用计数）
Python 校验报 不是合法 JSON C 程序写文件时没写完就退出 检查 fclose；看 cat report.json 内容是否完整

二、学生练习

本节命令速查表：

命令 作用 示例
gcc ... -ljson-c 编译 json-c 程序 gcc -Wall -Wextra -o json_demo json_demo.c -ljson-c
python3 json_check.py make 生成 cmd.json python3 json_check.py make
./json_demo read 文件 解析指定 JSON 文件 ./json_demo read cmd.json
./json_demo 生成 report.json ./json_demo
python3 json_check.py check 校验 report.json python3 json_check.py check
cat 文件 看 JSON 内容 cat report.json
编号 任务 提示 预期结果
L21.1 按步骤跑通双向 第 2~5 步 Python 生成 → C 解析；C 生成 → Python 校验通过
L21.2 加一个传感器（电量） 仿照温度那三行照抄改值 report.json 里 sensors 有 3 项，校验脚本提示 3 项
L21.3 把 device 改成自己的学号 改字符串 Python 校验的 device 项会"失败"------正好体会校验脚本在查什么
L21.4 手工把 cmd.json 改坏 比如删掉一个逗号，再 ./json_demo read cmd.json 看到解析失败/字段读不到
L21.5 用 jshn 看 JSON `echo '{"a":1}' jshn` 之类试一下
L21.6 用 Python 生成更复杂的 JSON 加一个嵌套对象 C 程序能用 json_object_object_get_ex 取到

三、作业

  • 必做：完成 L21.1、L21.2，提交三张截图（./json_demo 输出 / cat report.json / Python 校验通过），并回答：① JSON 里对象和数组分别怎么写？② 为什么 C 打印的浮点数和 Python 读到的看起来不一样？③ 为什么要 json_object_put？
  • 选做：把"配置"做成 JSON 文件：写一个 C 程序读 cmd.json 里的 interval，然后按这个间隔在屏幕上打印计数（时间间隔就用课时 18 的 uloop 定时器）
  • 提交：截图 + 文字回答，命名 课时21-作业截图.png

四、本节小结与下节预告

本节学会了 JSON 的生成与解析：对象数组怎么造、怎么写成文件、怎么从字符串和文件里读回来，并用 Python 做了交叉校验。下节进入模块六的最后一课------串口：虚拟机里没有真串口，我们用 socat 造一对虚拟串口，用 Modbus RTU 协议把数据读回来（CRC16 正好复用课时 10 的代码）。

附录：怎么运行 + 完整代码

一个课件就够用：先按附录 A 的顺序敲命令（服务端/对端先开，自己的程序后开），再按附录 B 抄代码。行尾请用 LF。

附录 A｜怎么运行（注意先后顺序）

shell 复制代码 
gcc -Wall -Wextra -o json_demo json_demo.c -ljson-c

python3 json_check.py make          # ① 生成 cmd.json
./json_demo read cmd.json           # ② C 解析这个文件
./json_demo                         # ③ C 生成 report.json + 解析内嵌 JSON
python3 json_check.py check         # ④ Python 校验 report.json

附录 B｜文件 json_demo.c

c 复制代码 
/*
 * json_demo.c ------ 课时 21：用 json-c 生成和解析 JSON
 *
 * 编译：gcc -Wall -Wextra -o json_demo json_demo.c -ljson-c
 * 运行：./json_demo                       ① 生成 JSON（打印 + 存成 report.json）
 *                                        ② 解析一段固定 JSON（打印字段）
 *       ./json_demo read 文件名           只解析指定的 JSON 文件
 */
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <json-c/json.h>

/* ① 用 json-c 造一份多传感器上报数据，打印出来并存成文件 */
static void build_and_save(const char *filename)
{
    struct json_object *root, *arr, *item;
    FILE *fp;

    root = json_object_new_object();
    json_object_object_add(root, "device", json_object_new_string("ubuntu-gateway"));
    json_object_object_add(root, "uptime_s", json_object_new_int(1200));
    json_object_object_add(root, "online", json_object_new_boolean(1));

    arr = json_object_new_array();                     /* 数组：多个传感器 */

    item = json_object_new_object();
    json_object_object_add(item, "name", json_object_new_string("温度"));
    json_object_object_add(item, "value", json_object_new_double(25.6));
    json_object_object_add(item, "unit", json_object_new_string("C"));
    json_object_array_add(arr, item);

    item = json_object_new_object();
    json_object_object_add(item, "name", json_object_new_string("湿度"));
    json_object_object_add(item, "value", json_object_new_double(58.2));
    json_object_object_add(item, "unit", json_object_new_string("%RH"));
    json_object_array_add(arr, item);

    json_object_object_add(root, "sensors", arr);

    printf("① 生成的 JSON（整齐格式）：\n%s\n",
           json_object_to_json_string_ext(root, JSON_C_TO_STRING_PRETTY));

    fp = fopen(filename, "w");
    if (fp) {
        fprintf(fp, "%s\n", json_object_to_json_string_ext(root, JSON_C_TO_STRING_PRETTY));
        fclose(fp);
        printf("   已写入文件：%s\n", filename);
    } else {
        perror("fopen");
    }
    json_object_put(root);        /* 释放（json-c 是引用计数） */
}

/* ② 解析一段 JSON 文本，取出里面的字段 */
static void parse_text(const char *text)
{
    struct json_object *root, *v;

    printf("\n② 解析这段 JSON：%s\n", text);
    root = json_tokener_parse(text);
    if (!root) {
        printf("   解析失败（格式不对）\n");
        return;
    }

    if (json_object_object_get_ex(root, "cmd", &v))
        printf("   cmd      = %s\n", json_object_get_string(v));
    if (json_object_object_get_ex(root, "interval", &v))
        printf("   interval = %d\n", json_object_get_int(v));
    if (json_object_object_get_ex(root, "enable", &v))
        printf("   enable   = %s\n", json_object_get_boolean(v) ? "true" : "false");

    json_object_put(root);
}

/* ③ 从文件读 JSON 并解析 */
static void parse_file(const char *filename)
{
    struct json_object *root, *v;

    root = json_object_from_file(filename);
    if (!root) {
        printf("读文件失败：%s（先用 ./json_check.py make 生成它）\n", filename);
        return;
    }
    printf("③ 解析文件 %s：\n%s\n", filename,
           json_object_to_json_string_ext(root, JSON_C_TO_STRING_PRETTY));
    if (json_object_object_get_ex(root, "interval", &v))
        printf("   取到 interval = %d（下一步可以拿它当采集间隔）\n", json_object_get_int(v));
    json_object_put(root);
}

int main(int argc, char *argv[])
{
    if (argc >= 3 && strcmp(argv[1], "read") == 0) {
        parse_file(argv[2]);
        return 0;
    }

    build_and_save("report.json");
    parse_text("{\"cmd\":\"set\",\"interval\":7,\"enable\":true}");
    printf("\n完成：报告写在 report.json，可用 python3 json_check.py check 校验\n");
    return 0;
}

附录 C｜文件 json_check.py

python 复制代码 
#!/usr/bin/env python3
"""课时 21 的"测试工具"：用 Python 的标准库 json 生成/校验 JSON 文件

用法：
  python3 json_check.py make     # 生成 cmd.json（给 C 程序解析用）
  python3 json_check.py check    # 校验 C 程序生成的 report.json
"""
import json
import sys

MODE = sys.argv[1] if len(sys.argv) > 1 else "check"

if MODE == "make":
    cmd = {"cmd": "set", "interval": 7, "enable": True, "target": "127.0.0.1"}
    with open("cmd.json", "w", encoding="utf-8") as f:
        json.dump(cmd, f, ensure_ascii=False, indent=2)
    print("已生成 cmd.json：")
    print(json.dumps(cmd, ensure_ascii=False, indent=2))
    print("接下来执行： ./json_demo read cmd.json")
    sys.exit(0)

# check：校验 C 程序生成的 report.json
try:
    with open("report.json", encoding="utf-8") as f:
        data = json.load(f)
except FileNotFoundError:
    print("找不到 report.json：先运行 ./json_demo 生成它")
    sys.exit(2)
except json.JSONDecodeError as e:
    print(f"report.json 不是合法 JSON：{e}")
    sys.exit(1)

ok = True
def check(cond, msg):
    global ok
    print(("  [通过] " if cond else "  [失败] ") + msg)
    if not cond:
        ok = False

print("校验 report.json：")
check(data.get("device") == "ubuntu-gateway", f"device = {data.get('device')}")
check(isinstance(data.get("uptime_s"), int), f"uptime_s = {data.get('uptime_s')}")
sensors = data.get("sensors")
check(isinstance(sensors, list) and len(sensors) == 2, f"sensors 是数组且有 {len(sensors) if isinstance(sensors, list) else '?'} 项")
if isinstance(sensors, list) and sensors:
    for s in sensors:
        check(isinstance(s.get("value"), (int, float)), f"传感器 {s.get('name')} 的 value = {s.get('value')} {s.get('unit')}")

print("全部通过 ✅" if ok else "有失败项 ❌")
sys.exit(0 if ok else 1)
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