最近我在处理一位离职同事编写的代码，他的代码主要负责与云平台进行交互，并且使用标准的JSON格式进行通信。他采用了cJSON库来解析JSON数据。不幸的是，这位同事在防御性编程方面技术很差，很多地方没有进行必要的内存释放操作，也没有进行指针判空，直接使用了指针。在多线程环境中，这种做法非常危险。因此，当我和另一位同事接手这部分代码后，出现了大量的白屏和卡死等问题。经过一段时间的调试和定位，我们发现这些问题是由于代码编写不严谨所导致的。
除了上述问题，由于我们的嵌入式平台使用的是低成本的ARM芯片，RAM只有32MB，因此在使用cJSON库解析数据时可能会占用较多的系统资源。在程序重构阶段，我们可能会考虑使用jsmn来解析云平台的数据交互，因为它的资源占用非常小。
在此，我向大家推荐一个开源项目，称为jsmn。它是一个资源占用极小的JSON解析器，并被称为世界上最快的解析器。它的作者是zserge，目前已经获得了2.9K个星标，并采用了MIT开源许可协议。
jsmn主要有以下特性：
-
没有任何库依赖关系； -
语法与C89兼容，代码可移植性高； -
没有任何动态内存分配 -
极小的代码占用 -
API只有两个，极其简洁
“
项目地址：https://github.com/zserge/jsmn
”
移植jsmn
移植思路
开源项目在移植过程中主要参考项目的readme文档，一般只需两步：
-
① 添加源码到裸机工程中； -
② 实现需要的接口；
准备裸机工程
本文中我使用的是小熊派IoT开发套件，主控芯片为STM32L431RCT6：
移植之前需要准备一份裸机工程，我使用STM32CubeMX生成，需要初始化以下配置：
-
配置一个串口用于发送数据； -
printf重定向
具体过程可以参考：
添加jsmn到工程中
① 复制jsmn源码到工程中：
② 将 jsmn.h 文件添加到keil中（没有实质作用，方便编辑）：
③ 添加jsmn头文件路径：
使用jsmn解析json数据
准备工作
① 包含jsmn头文件
使用时包含头文件，因为jsmn的函数定义也是在头文件中，所以第一次添加的时候，可以直接添加：
/* USER CODE BEGIN Includes */
#include "jsmn.h"
#include //用于printf打印
#include //用于字符串处理
/* USER CODE END Includes */
已经使用过之后，在别的文件中继续使用时，需要这样添加，且顺序不可互换：
/* USER CODE BEGIN 0 */
#define JSMN_HEADER
#include "jsmn.h"
/* USER CODE END 0 */
否则会造成函数重定义：
② 设置一段原始json数据
在main.c中设置原始的json数据，用于后续解析：
/* USER CODE BEGIN PV */
static const char *JSON_STRING =
"{\"user\": \"johndoe\", \"admin\": false, \"uid\": 1000,\n"
"\"groups\": [\"users\", \"wheel\", \"audio\", \"video\"]}";
/* USER CODE END PV */
③ 开辟一块存放token的数组（token池）
jsmn中，每个数据段解析出来之后是一个token，关于token的详细解释，请参考下文第4.1小节。
/* USER CODE BEGIN PV */
jsmntok_t t[128];
/* USER CODE END PV */
④ 编写在原始JSON数据中的字符串比较函数：
static int jsoneq(const char *json, jsmntok_t *tok, const char *s) {
if (tok->type == JSMN_STRING && (int)strlen(s) == tok->end - tok->start &&
strncmp(json + tok->start, s, tok->end - tok->start) == 0) {
return 0;
}
return -1;
}
创建并初始化解析器
在main函数的开始创建解析器：
/* USER CODE BEGIN 1 */
int r;
int i;
jsmn_parser p;//jsmn解析器
/* USER CODE END 1 */
在随后外设初始化完成之后的代码中初始化解析器：
/* USER CODE BEGIN 2 */
jsmn_init(&p);
/* USER CODE END 2 */
解析数据，获取token
r = jsmn_parse(&p, JSON_STRING, strlen(JSON_STRING), t,sizeof(t) / sizeof(t[0]));
if (r printf("Failed to parse JSON: %d\n", r);
return 1;
}
/* Assume the top-level element is an object */
if (r type != JSMN_OBJECT) {
printf("Object expected\n");
return 1;
}
3.4. 逐个解析token
/* Loop over all keys of the root object */
for (i = 1; i if (jsoneq(JSON_STRING, &t[i], "user") == 0)
{
/* We may use strndup() to fetch string value */
printf("- user: %.*s\n", t[i + 1].end - t[i + 1].start,
JSON_STRING + t[i + 1].start);
i++;
}
else if (jsoneq(JSON_STRING, &t[i], "admin") == 0)
{
/* We may additionally check if the value is either "true" or "false" */
printf("- Admin: %.*s\n", t[i + 1].end - t[i + 1].start,
JSON_STRING + t[i + 1].start);
i++;
}
else if (jsoneq(JSON_STRING, &t[i], "uid") == 0)
{
/* We may want to do strtol() here to get numeric value */
printf("- UID: %.*s\n", t[i + 1].end - t[i + 1].start,
JSON_STRING + t[i + 1].start);
i++;
}
else if (jsoneq(JSON_STRING, &t[i], "groups") == 0)
{
int j;
printf("- Groups:\n");
if (t[i + 1].type != JSMN_ARRAY)
{
continue; /* We expect groups to be an array of strings */
}
for (j = 0; j printf(" * %.*s\n", g->end - g->start, JSON_STRING + g->start);
}
i += t[i + 1].size + 1;
}
else
{
printf("Unexpected key: %.*s\n", t[i].end - t[i].start,
JSON_STRING + t[i].start);
}
}
解析结果
编译、下载到开发板，使用串口助手进行测试：
内存对比
jsmn设计思想解读
jsmn对json数据项的抽象
jsmn对json数据中的每一个数据段都会抽象为一个结构体，称之为token，此结构体非常简洁：
/**
* JSON token description.
* type type (object, array, string etc.)
* start start position in JSON data string
* end end position in JSON data string
*/
typedef struct jsmntok {
jsmntype_t type;
int start;
int end;
int size;
#ifdef JSMN_PARENT_LINKS
int parent;
#endif
} jsmntok_t;
在本实验中未开启JSMN_PARENT_LINKS，所以此结构体占用16Byte大小。
从结构体中的数据成员可以看出，jsmn并不保存任何具体的数据内容，仅仅记录：
-
数据项的类型 -
数据项数据段在原始json数据中的起始位置 -
数据项数据段在原始json数据中的结束位置
其中，数据项的类型支持4种：
/**
* JSON type identifier. Basic types are:
* o Object
* o Array
* o String
* o Other primitive: number, boolean (true/false) or null
*/
typedef enum {
JSMN_UNDEFINED = 0,
JSMN_OBJECT = 1,
JSMN_ARRAY = 2,
JSMN_STRING = 3,
JSMN_PRIMITIVE = 4
} jsmntype_t;
jsmn如何解析出每个token
上述说到jsmn将每一个json数据段都抽象为一个token，那么jsmn是如何对整段json数据进行解析，得到每一个数据项的token呢？
jsmn解析器也是非常简洁的一个结构体：
/**
* JSON parser. Contains an array of token blocks available. Also stores
* the string being parsed now and current position in that string.
*/
typedef struct jsmn_parser {
unsigned int pos; /* offset in the JSON string */
unsigned int toknext; /* next token to allocate */
int toksuper; /* superior token node, e.g. parent object or array */
} jsmn_parser;
jsmn解析就是将json数据逐个字符进行解析，用pos数据成员来记录解析器当前的位置，当寻找到特殊字符时，就去之前我们定义的token数组（t）中申请一个空的token成员，将该token在数组中的位置记录在数据成员toknext中。
源码在下面的函数中，代码过多，暂且先不放：
JSMN_API int jsmn_parse(jsmn_parser *parser, const char *js, const size_t len,
jsmntok_t *tokens, const unsigned int num_tokens);
下面用一个实例来看看token是怎么分配的。
缩短json原始数据：
static const char *JSON_STRING =
"{\"name\":\"mculover666\",\"admin\":false,\"uid\":1000}";
在解析之后将每个token打印出来：
printf("[type][start][end][size]\n");
for(i = 0;i printf("[%4d][%5d][%3d][%4d]\n", t[i].type, t[i].start, t[i].end, t[i].size);
}
结果如下：
这段json数据解析出的token有7个：
① Object类型的token：{\"name\":\"mculover666\",\"admin\":false,\"uid\":1000}
② String类型的token："name"、"mculover666"、"admin"、"uid"
③ Primitive类型的token：数字1000，布尔值false
用户如何从token中提取值
在解析完毕获得这些token之后，需要根据token数量来判断是否解析成功：
① 返回的token数量
enum jsmnerr {
/* Not enough tokens were provided */
JSMN_ERROR_NOMEM = -1,
/* Invalid character inside JSON string */
JSMN_ERROR_INVAL = -2,
/* The string is not a full JSON packet, more bytes expected */
JSMN_ERROR_PART = -3
};
② 判断第0个token是否是JSMN_OBJECT类型，如果不是，则证明解析错误。
③ 如果token数量大于1，则从第1个token开始判断字符串是否与给定的键值对的名称相等，若相等，则提取下一个token的内容作为该键值对的值。
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