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如何理解C++中的序列化？

裘德小鎮的故事

发布： 2025-05-07 17:24:02

原创

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c++++中的序列化是将对象转换为可存储或传输的格式的过程。1) 使用json格式序列化时，可以借助nlohmann/json库，易读但效率较低。2) 二进制序列化使用std::ostream和std::istream，速度快但可读性差。3) 实际应用中需注意版本控制、处理指针和复杂类型、以及性能优化。

如何理解C++中的序列化？

在C++中，序列化是将对象的状态转换为可以存储或传输的格式的过程。想象一下，你有一个复杂的对象，比如一个游戏中的角色，这个角色有属性、状态和行为。你希望能够将这个角色保存到文件中，以便下次游戏时能够恢复到上次的状态，或者通过网络发送给其他玩家。这就是序列化的用场了。

序列化的核心是将对象的数据结构转化为字节流或其他格式，然后可以反序列化回来，恢复成原来的对象。这在数据持久化、远程通信、跨平台数据交换等场景中非常有用。

让我来分享一下我对C++序列化的理解和一些实践经验吧。

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C++中的序列化并不像一些高级语言那样有内置的序列化库，所以我们需要自己动手，或者使用一些第三方库来实现。最常见的序列化格式有JSON、XML和二进制格式。每种格式都有自己的优缺点。

让我们从一个简单的JSON序列化开始吧。JSON是一种轻量级的数据交换格式，易于人阅读和编写，同时也易于机器解析和生成。在C++中，我们可以使用如nlohmann/json这样的库来实现JSON序列化。

#include <iostream>
#include <nlohmann/json.hpp>

using json = nlohmann::json;

class Person {
public:
    Person(const std::string& name, int age) : name(name), age(age) {}

    // 序列化方法
    json to_json() const {
        return json{{"name", name}, {"age", age}};
    }

    // 反序列化方法
    static Person from_json(const json& j) {
        return Person(j.at("name").get<std::string>(), j.at("age").get<int>());
    }

private:
    std::string name;
    int age;
};

int main() {
    Person person("Alice", 30);
    json j = person.to_json();
    std::cout << j.dump(4) << std::endl; // 格式化输出JSON

    // 反序列化
    Person restored_person = Person::from_json(j);
    std::cout << "Restored: " << restored_person.to_json().dump(4) << std::endl;

    return 0;
}

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这段代码展示了如何将一个Person对象序列化为JSON格式，并从JSON格式反序列化回来。使用这种方法，你可以很容易地将对象保存到文件或通过网络发送。

不过，JSON虽然易读，但它在处理大量数据时可能会变得效率低下。如果你需要更高效的序列化方式，二进制序列化是一个不错的选择。二进制序列化通常使用std::ostream和std::istream来实现。

#include <iostream>
#include <fstream>

class Person {
public:
    Person(const std::string& name, int age) : name(name), age(age) {}

    // 序列化到二进制文件
    void serialize(std::ostream& os) const {
        size_t name_length = name.length();
        os.write(reinterpret_cast<const char*>(&name_length), sizeof(size_t));
        os.write(name.c_str(), name_length);
        os.write(reinterpret_cast<const char*>(&age), sizeof(int));
    }

    // 从二进制文件反序列化
    static Person deserialize(std::istream& is) {
        size_t name_length;
        is.read(reinterpret_cast<char*>(&name_length), sizeof(size_t));
        char* name_buffer = new char[name_length + 1];
        is.read(name_buffer, name_length);
        name_buffer[name_length] = '\0';
        std::string name(name_buffer);
        delete[] name_buffer;

        int age;
        is.read(reinterpret_cast<char*>(&age), sizeof(int));

        return Person(name, age);
    }

private:
    std::string name;
    int age;
};

int main() {
    Person person("Bob", 25);

    // 序列化到文件
    std::ofstream out_file("person.bin", std::ios::binary);
    person.serialize(out_file);
    out_file.close();

    // 从文件反序列化
    std::ifstream in_file("person.bin", std::ios::binary);
    Person restored_person = Person::deserialize(in_file);
    in_file.close();

    std::cout << "Restored: " << restored_person.name << ", " << restored_person.age << std::endl;

    return 0;
}

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二进制序列化速度更快，占用空间更小，但可读性较差。如果你需要在不同平台之间传输数据，还需要考虑字节序（endianness）的问题。

在实际应用中，我发现序列化时需要注意以下几点：