手把手教你编写JSON解析器

前言

在现代网络开发中，JSON（JavaScript对象表示法）已经成为一种广泛应用的数据交换格式。它以简单、灵活、易于阅读的特性，深受开发者的青睐。为了方便地处理JSON数据，我们需要构建一个功能强大的JSON解析器，从而实现数据的解析、提取和操作。本文将分步演示如何编写一个JSON解析器，帮助你掌握JSON解析的精髓。

JSON解析器的基本结构

一个JSON解析器的基本结构主要由三个部分组成：

1. 词法分析器（Lexer） ：负责将JSON字符串分解为一系列标记（Token），标记可以是、数字、字符串、花括号、方括号等。
2. 语法分析器（Parser） ：负责将标记序列解析成抽象语法树（AST），AST是一种树形数据结构，它了JSON数据的结构和内容。
3. 语义分析器（Interpreter） ：负责将AST转换为所需的数据结构，例如JavaScript对象、数组或其他自定义对象。

词法分析器

词法分析器的作用是将JSON字符串分解为一系列标记。标记可以是关键字、数字、字符串、花括号、方括号等。词法分析器通常使用正则表达式来匹配标记，并将其提取出来。以下是一个简单的词法分析器示例：

function Lexer(json) {
  this.json = json;
  this.index = 0;
}

Lexer.prototype.next = function() {
  // 跳过空格和换行符
  while (this.index < this.json.length && /\s/.test(this.json[this.index])) {
    this.index++;
  }

  // 判断是否已到达字符串末尾
  if (this.index >= this.json.length) {
    return null;
  }

  // 获取当前字符
  const char = this.json[this.index];

  // 根据当前字符判断标记类型
  switch (char) {
    case '{':
      this.index++;
      return { type: 'LEFT_BRACE' };
    case '}':
      this.index++;
      return { type: 'RIGHT_BRACE' };
    case '[':
      this.index++;
      return { type: 'LEFT_BRACKET' };
    case ']':
      this.index++;
      return { type: 'RIGHT_BRACKET' };
    case ',':
      this.index++;
      return { type: 'COMMA' };
    case ':':
      this.index++;
      return { type: 'COLON' };
    case '"':
      return this.parseString();
    case '-':
    case '0':
    case '1':
    case '2':
    case '3':
    case '4':
    case '5':
    case '6':
    case '7':
    case '8':
    case '9':
      return this.parseNumber();
    default:
      throw new Error(`Unexpected character: ${char}`);
  }
};

Lexer.prototype.parseString = function() {
  // 跳过第一个引号
  this.index++;

  // 读取字符串内容，直到遇到下一个引号
  let string = '';
  while (this.index < this.json.length && this.json[this.index] !== '"') {
    string += this.json[this.index++];
  }

  // 跳过最后一个引号
  this.index++;

  // 返回字符串标记
  return { type: 'STRING', value: string };
};

Lexer.prototype.parseNumber = function() {
  // 读取数字内容，直到遇到非数字字符
  let number = '';
  while (this.index < this.json.length && /\d/.test(this.json[this.index])) {
    number += this.json[this.index++];
  }

  // 返回数字标记
  return { type: 'NUMBER', value: Number(number) };
};

语法分析器

语法分析器的作用是将标记序列解析成抽象语法树（AST）。AST是一种树形数据结构，它了JSON数据的结构和内容。语法分析器通常使用递归下降或LL（1）解析算法来解析标记序列。以下是一个简单的语法分析器示例：

function Parser(lexer) {
  this.lexer = lexer;
}

Parser.prototype.parse = function() {
  const token = this.lexer.next();
  if (token.type === 'LEFT_BRACE') {
    return this.parseObject();
  } else if (token.type === 'LEFT_BRACKET') {
    return this.parseArray();
  } else {
    throw new Error(`Unexpected token: ${token.type}`);
  }
};

Parser.prototype.parseObject = function() {
  // 创建一个空对象
  const object = {};

  // 读取键值对，直到遇到右花括号
  while (true) {
    const keyToken = this.lexer.next();
    if (keyToken.type !== 'STRING') {
      throw new Error(`Expected a string key`);
    }

    const valueToken = this.lexer.next();
    if (valueToken.type === 'COLON') {
      const value = this.parseValue();
      object[keyToken.value] = value;
    } else {
      throw new Error(`Expected a colon after the key`);
    }

    const commaToken = this.lexer.next();
    if (commaToken.type === 'COMMA') {
      continue;
    } else if (commaToken.type === 'RIGHT_BRACE') {
      break;
    } else {
      throw new Error(`Expected a comma or right brace`);
    }
  }

  // 返回对象
  return object;
};

Parser.prototype.parseArray = function() {
  // 创建一个空数组
  const array = [];

  // 读取元素，直到遇到右方括号
  while (true) {
    const value = this.parseValue();
    array.push(value);

    const commaToken = this.lexer.next();
    if (commaToken.type === 'COMMA') {
      continue;
    } else if (commaToken.type === 'RIGHT_BRACKET') {
      break;
    } else {
      throw new Error(`Expected a comma or right bracket`);
    }
  }

  // 返回数组
  return array;
};

Parser.prototype.parseValue = function() {
  const token = this.lexer.next();
  switch (token.type) {
    case 'STRING':
      return token.value;
    case 'NUMBER':
      return token.value;
    case 'TRUE':
      return true;
    case 'FALSE':
      return false;
    case 'NULL':
      return null;
    case 'LEFT_BRACE':
      return this.parseObject();
    case 'LEFT_BRACKET':
      return this.parseArray();
    default:
      throw new Error(`Unexpected token: ${token.type}`);
  }
};

语义分析器

语义分析器的作用是将AST转换为所需的数据结构，例如JavaScript对象、数组或其他自定义对象。语义分析器通常使用递归或迭代算法来遍历AST，并根据AST的结构和内容生成相应的数据结构。以下是一个简单的语义分析器示例：

function Interpreter(ast) {
  this.ast = ast;
}

Interpreter.prototype.interpret = function() {
  return this.visit(this.ast);
};

Interpreter.prototype.visit = function(node) {
  switch (node.type) {
    case 'OBJECT':
      return this.visitObject(node);
    case 'ARRAY':
      return this.visitArray(node);
    case 'STRING':
      return node.value;
    case 'NUMBER':
      return node.value;
    case 'TRUE':
      return true;
    case 'FALSE':
      return false;
    case 'NULL':
      return null;
    default:
      throw new Error(`Unknown node type: ${node.type}`);
  }
};

Interpreter.prototype.visitObject = function(node) {
  const object = {};
  for (const key in node.value) {
    const value = this.visit(node.value[key]);
    object[key] = value;
  }
  return object;
};

Interpreter.prototype.visitArray = function(node) {
  const array = [];
  for (const element of node.value) {