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# SAX

"SAX"此术语源于[Simple API for XML](http://en.wikipedia.org/wiki/Simple_API_for_XML)。我们借了此术语去套用在JSON的解析及生成。

在RapidJSON中，`Reader`（`GenericReader<...>`的typedef）是JSON的SAX风格解析器，而`Writer`（`GenericWriter<...>`的typedef）则是JSON的SAX风格生成器。

[TOC]

# Reader {#Reader}

`Reader`从输入流解析一个JSON。当它从流中读取字符时，它会基于JSON的语法去分析字符，并向处理器发送事件。

例如，以下是一个JSON。

~~~~~~~~~~js
{
    "hello": "world",
    "t": true ,
    "f": false,
    "n": null,
    "i": 123,
    "pi": 3.1416,
    "a": [1, 2, 3, 4]
}
~~~~~~~~~~

当一个`Reader`解析此JSON时，它会顺序地向处理器发送以下的事件：

~~~~~~~~~~
StartObject()
Key("hello", 5, true)
String("world", 5, true)
Key("t", 1, true)
Bool(true)
Key("f", 1, true)
Bool(false)
Key("n", 1, true)
Null()
Key("i")
UInt(123)
Key("pi")
Double(3.1416)
Key("a")
StartArray()
Uint(1)
Uint(2)
Uint(3)
Uint(4)
EndArray(4)
EndObject(7)
~~~~~~~~~~

除了一些事件参数需要再作解释，这些事件可以轻松地与JSON对上。我们可以看看`simplereader`例子怎样产生和以上完全相同的结果：

~~~~~~~~~~cpp
#include "rapidjson/reader.h"
#include <iostream>

using namespace rapidjson;
using namespace std;

struct MyHandler {
    bool Null() { cout << "Null()" << endl; return true; }
    bool Bool(bool b) { cout << "Bool(" << boolalpha << b << ")" << endl; return true; }
    bool Int(int i) { cout << "Int(" << i << ")" << endl; return true; }
    bool Uint(unsigned u) { cout << "Uint(" << u << ")" << endl; return true; }
    bool Int64(int64_t i) { cout << "Int64(" << i << ")" << endl; return true; }
    bool Uint64(uint64_t u) { cout << "Uint64(" << u << ")" << endl; return true; }
    bool Double(double d) { cout << "Double(" << d << ")" << endl; return true; }
    bool String(const char* str, SizeType length, bool copy) { 
        cout << "String(" << str << ", " << length << ", " << boolalpha << copy << ")" << endl;
        return true;
    }
    bool StartObject() { cout << "StartObject()" << endl; return true; }
    bool Key(const char* str, SizeType length, bool copy) { 
        cout << "Key(" << str << ", " << length << ", " << boolalpha << copy << ")" << endl;
        return true;
    }
    bool EndObject(SizeType memberCount) { cout << "EndObject(" << memberCount << ")" << endl; return true; }
    bool StartArray() { cout << "StartArray()" << endl; return true; }
    bool EndArray(SizeType elementCount) { cout << "EndArray(" << elementCount << ")" << endl; return true; }
};

void main() {
    const char json[] = " { \"hello\" : \"world\", \"t\" : true , \"f\" : false, \"n\": null, \"i\":123, \"pi\": 3.1416, \"a\":[1, 2, 3, 4] } ";

    MyHandler handler;
    Reader reader;
    StringStream ss(json);
    reader.Parse(ss, handler);
}
~~~~~~~~~~

注意RapidJSON使用模板去静态挷定`Reader`类型及处理器的类形，而不是使用含虚函数的类。这个范式可以通过把函数内联而改善性能。

## 处理器 {#Handler}

如前例所示，使用者需要实现一个处理器（handler），用于处理来自`Reader`的事件（函数调用）。处理器必须包含以下的成员函数。

~~~~~~~~~~cpp
class Handler {
    bool Null();
    bool Bool(bool b);
    bool Int(int i);
    bool Uint(unsigned i);
    bool Int64(int64_t i);
    bool Uint64(uint64_t i);
    bool Double(double d);
    bool String(const Ch* str, SizeType length, bool copy);
    bool StartObject();
    bool Key(const Ch* str, SizeType length, bool copy);
    bool EndObject(SizeType memberCount);
    bool StartArray();
    bool EndArray(SizeType elementCount);
};
~~~~~~~~~~

当`Reader`遇到JSON null值时会调用`Null()`。

当`Reader`遇到JSON true或false值时会调用`Bool(bool)`。

当`Reader`遇到JSON number，它会选择一个合适的C++类型映射，然后调用`Int(int)`、`Uint(unsigned)`、`Int64(int64_t)`、`Uint64(uint64_t)`及`Double(double)`的*其中之一个*。

当`Reader`遇到JSON string，它会调用`String(const char* str, SizeType length, bool copy)`。第一个参数是字符串的指针。第二个参数是字符串的长度（不包含空终止符号）。注意RapidJSON支持字串中含有空字符`'\0'`。若出现这种情况，便会有`strlen(str) < length`。最后的`copy`参数表示处理器是否需要复制该字符串。在正常解析时，`copy = true`。仅当使用原位解析时，`copy = false`。此外，还要注意字符的类型与目标编码相关，我们稍后会再谈这一点。

当`Reader`遇到JSON object的开始之时，它会调用`StartObject()`。JSON的object是一个键值对（成员）的集合。若object包含成员，它会先为成员的名字调用`Key()`，然后再按值的类型调用函数。它不断调用这些键值对，直至最终调用`EndObject(SizeType memberCount)`。注意`memberCount`参数对处理器来说只是协助性质，使用者可能不需要此参数。

JSON array与object相似，但更简单。在array开始时，`Reader`会调用`BeginArary()`。若array含有元素，它会按元素的类型来读用函数。相似地，最后它会调用`EndArray(SizeType elementCount)`，其中`elementCount`参数对处理器来说只是协助性质。

每个处理器函数都返回一个`bool`。正常它们应返回`true`。若处理器遇到错误，它可以返回`false`去通知事件发送方停止继续处理。

例如，当我们用`Reader`解析一个JSON时，处理器检测到该JSON并不符合所需的schema，那么处理器可以返回`false`，令`Reader`停止之后的解析工作。而`Reader`会进入一个错误状态，并以`kParseErrorTermination`错误码标识。

## GenericReader {#GenericReader}

前面提及，`Reader`是`GenericReader`模板类的typedef：

~~~~~~~~~~cpp
namespace rapidjson {

template <typename SourceEncoding, typename TargetEncoding, typename Allocator = MemoryPoolAllocator<> >
class GenericReader {
    // ...
};

typedef GenericReader<UTF8<>, UTF8<> > Reader;

} // namespace rapidjson
~~~~~~~~~~

`Reader`使用UTF-8作为来源及目标编码。来源编码是指JSON流的编码。目标编码是指`String()`的`str`参数所用的编码。例如，要解析一个UTF-8流并输出至UTF-16 string事件，你需要这么定义一个reader：

~~~~~~~~~~cpp
GenericReader<UTF8<>, UTF16<> > reader;
~~~~~~~~~~

注意到`UTF16`的缺省类型是`wchar_t`。因此这个`reader`需要调用处理器的`String(const wchar_t*, SizeType, bool)`。

第三个模板参数`Allocator`是内部数据结构（实际上是一个堆栈）的分配器类型。

## 解析 {#Parsing}

`Reader`的唯一功能就是解析JSON。 

~~~~~~~~~~cpp
template <unsigned parseFlags, typename InputStream, typename Handler>
bool Parse(InputStream& is, Handler& handler);

// 使用 parseFlags = kDefaultParseFlags
template <typename InputStream, typename Handler>
bool Parse(InputStream& is, Handler& handler);
~~~~~~~~~~

若在解析中出现错误，它会返回`false`。使用者可调用`bool HasParseEror()`, `ParseErrorCode GetParseErrorCode()`及`size_t GetErrorOffset()`获取错误状态。实际上`Document`使用这些`Reader`函数去获取解析错误。请参考[DOM](doc/dom.md)去了解有关解析错误的细节。

# Writer {#Writer}

`Reader`把JSON转换（解析）成为事件。`Writer`做完全相反的事情。它把事件转换成JSON。

`Writer`是非常容易使用的。若你的应用程序只需把一些数据转换成JSON，可能直接使用`Writer`，会比建立一个`Document`然后用`Writer`把它转换成JSON更加方便。

在`simplewriter`例子里，我们做`simplereader`完全相反的事情。

~~~~~~~~~~cpp
#include "rapidjson/writer.h"
#include "rapidjson/stringbuffer.h"
#include <iostream>

using namespace rapidjson;
using namespace std;

void main() {
    StringBuffer s;
    Writer<StringBuffer> writer(s);
    
    writer.StartObject();
    writer.Key("hello");
    writer.String("world");
    writer.Key("t");
    writer.Bool(true);
    writer.Key("f");
    writer.Bool(false);
    writer.Key("n");
    writer.Null();
    writer.Key("i");
    writer.Uint(123);
    writer.Key("pi");
    writer.Double(3.1416);
    writer.Key("a");
    writer.StartArray();
    for (unsigned i = 0; i < 4; i++)
        writer.Uint(i);
    writer.EndArray();
    writer.EndObject();

    cout << s.GetString() << endl;
}
~~~~~~~~~~

~~~~~~~~~~
{"hello":"world","t":true,"f":false,"n":null,"i":123,"pi":3.1416,"a":[0,1,2,3]}
~~~~~~~~~~

`String()`及`Key()`各有两个重载。一个是如处理器concept般，有3个参数。它能处理含空字符的字符串。另一个是如上中使用的较简单版本。

注意到，例子代码中的`EndArray()`及`EndObject()`并没有参数。可以传递一个`SizeType`的参数，但它会被`Writer`忽略。

你可能会怀疑，为什么不使用`sprintf()`或`std::stringstream`去建立一个JSON？

这有几个原因：
1. `Writer`必然会输出一个结构良好（well-formed）的JSON。若然有错误的事件次序（如`Int()`紧随`StartObject()`出现），它会在调试模式中产生断言失败。
2. `Writer::String()`可处理字符串转义（如把码点`U+000A`转换成`\n`）及进行Unicode转码。
3. `Writer`一致地处理number的输出。
4. `Writer`实现了事件处理器concept。可用于处理来自`Reader`、`Document`或其他事件发生器。
5. `Writer`可对不同平台进行优化。

无论如何，使用`Writer` API去生成JSON甚至乎比这些临时方法更简单。

## 模板 {#WriterTemplate}

`Writer`与`Reader`有少许设计区别。`Writer`是一个模板类，而不是一个typedef。 并没有`GenericWriter`。以下是`Writer`的声明。

~~~~~~~~~~cpp
namespace rapidjson {

template<typename OutputStream, typename SourceEncoding = UTF8<>, typename TargetEncoding = UTF8<>, typename Allocator = CrtAllocator<> >
class Writer {
public:
    Writer(OutputStream& os, Allocator* allocator = 0, size_t levelDepth = kDefaultLevelDepth)
// ...
};

} // namespace rapidjson
~~~~~~~~~~

`OutputStream`模板参数是输出流的类型。它的类型不可以被自动推断，必须由使用者提供。

`SourceEncoding`模板参数指定了`String(const Ch*, ...)`的编码。

`TargetEncoding`模板参数指定输出流的编码。

最后一个`Allocator`是分配器的类型，用于分配内部数据结构（一个堆栈）。

此外，`Writer`的构造函数有一`levelDepth`参数。存储每层阶信息的初始内存分配量受此参数影响。

## PrettyWriter {#PrettyWriter}

`Writer`所输出的是没有空格字符的最紧凑JSON，适合网络传输或储存，但不适合人类阅读。

因此，RapidJSON提供了一个`PrettyWriter`，它在输出中加入缩进及换行。

`PrettyWriter`的用法与`Writer`几乎一样，不同之处是`PrettyWriter`提供了一个`SetIndent(Ch indentChar, unsigned indentCharCount)`函数。缺省的缩进是4个空格。

## 完整性及重置 {#CompletenessReset}

一个`Writer`只可输出单个JSON，其根节点可以是任何JSON类型。当处理完单个根节点事件（如`String()`），或匹配的最后`EndObject()`或`EndArray()`事件，输出的JSON是结构完整（well-formed）及完整的。使用者可调用`Writer::IsComplete()`去检测完整性。

当JSON完整时，`Writer`不能再接受新的事件。不然其输出便会是不合法的（例如有超过一个根节点）。为了重新利用`Writer`对象，使用者可调用`Writer::Reset(OutputStream& os)`去重置其所有内部状态及设置新的输出流。

# 技巧 {#Techniques}

## 解析JSON至自定义结构 {#CustomDataStructure}

`Document`的解析功能完全依靠`Reader`。实际上`Document`是一个处理器，在解析JSON时接收事件去建立一个DOM。

使用者可以直接使用`Reader`去建立其他数据结构。这消除了建立DOM的步骤，从而减少了内存开销并改善性能。

在以下的`messagereader`例子中，`ParseMessages()`解析一个JSON，该JSON应该是一个含键值对的object。

~~~~~~~~~~cpp
#include "rapidjson/reader.h"
#include "rapidjson/error/en.h"
#include <iostream>
#include <string>
#include <map>

using namespace std;
using namespace rapidjson;

typedef map<string, string> MessageMap;

struct MessageHandler
    : public BaseReaderHandler<UTF8<>, MessageHandler> {
    MessageHandler() : state_(kExpectObjectStart) {
    }

    bool StartObject() {
        switch (state_) {
        case kExpectObjectStart:
            state_ = kExpectNameOrObjectEnd;
            return true;
        default:
            return false;
        }
    }

    bool String(const char* str, SizeType length, bool) {
        switch (state_) {
        case kExpectNameOrObjectEnd:
            name_ = string(str, length);
            state_ = kExpectValue;
            return true;
        case kExpectValue:
            messages_.insert(MessageMap::value_type(name_, string(str, length)));
            state_ = kExpectNameOrObjectEnd;
            return true;
        default:
            return false;
        }
    }

    bool EndObject(SizeType) { return state_ == kExpectNameOrObjectEnd; }

    bool Default() { return false; } // All other events are invalid.

    MessageMap messages_;
    enum State {
        kExpectObjectStart,
        kExpectNameOrObjectEnd,
        kExpectValue,
    }state_;
    std::string name_;
};

void ParseMessages(const char* json, MessageMap& messages) {
    Reader reader;
    MessageHandler handler;
    StringStream ss(json);
    if (reader.Parse(ss, handler))
        messages.swap(handler.messages_);   // Only change it if success.
    else {
        ParseErrorCode e = reader.GetParseErrorCode();
        size_t o = reader.GetErrorOffset();
        cout << "Error: " << GetParseError_En(e) << endl;;
        cout << " at offset " << o << " near '" << string(json).substr(o, 10) << "...'" << endl;
    }
}

int main() {
    MessageMap messages;

    const char* json1 = "{ \"greeting\" : \"Hello!\", \"farewell\" : \"bye-bye!\" }";
    cout << json1 << endl;
    ParseMessages(json1, messages);

    for (MessageMap::const_iterator itr = messages.begin(); itr != messages.end(); ++itr)
        cout << itr->first << ": " << itr->second << endl;

    cout << endl << "Parse a JSON with invalid schema." << endl;
    const char* json2 = "{ \"greeting\" : \"Hello!\", \"farewell\" : \"bye-bye!\", \"foo\" : {} }";
    cout << json2 << endl;
    ParseMessages(json2, messages);

    return 0;
}
~~~~~~~~~~

~~~~~~~~~~
{ "greeting" : "Hello!", "farewell" : "bye-bye!" }
farewell: bye-bye!
greeting: Hello!

Parse a JSON with invalid schema.
{ "greeting" : "Hello!", "farewell" : "bye-bye!", "foo" : {} }
Error: Terminate parsing due to Handler error.
 at offset 59 near '} }...'
~~~~~~~~~~

第一个JSON（`json1`）被成功地解析至`MessageMap`。由于`MessageMap`是一个`std::map`，打印次序按键值排序。此次序与JSON中的次序不同。

在第二个JSON（`json2`）中，`foo`的值是一个空object。由于它是一个object，`MessageHandler::StartObject()`会被调用。然而，在`state_ = kExpectValue`的情况下，该函数会返回`false`，并导致解析过程终止。错误代码是`kParseErrorTermination`。

## 过滤JSON {#Filtering}

如前面提及过，`Writer`可处理`Reader`发出的事件。`example/condense/condense.cpp`例子简单地设置`Writer`作为一个`Reader`的处理器，因此它能移除JSON中的所有空白字符。`example/pretty/pretty.cpp`例子使用同样的关系，只是以`PrettyWriter`取代`Writer`。因此`pretty`能够重新格式化JSON，加入缩进及换行。

实际上，我们可以使用SAX风格API去加入（多个）中间层去过滤JSON的内容。例如`capitalize`例子可以把所有JSON string改为大写。

~~~~~~~~~~cpp
#include "rapidjson/reader.h"
#include "rapidjson/writer.h"
#include "rapidjson/filereadstream.h"
#include "rapidjson/filewritestream.h"
#include "rapidjson/error/en.h"
#include <vector>
#include <cctype>

using namespace rapidjson;

template<typename OutputHandler>
struct CapitalizeFilter {
    CapitalizeFilter(OutputHandler& out) : out_(out), buffer_() {
    }

    bool Null() { return out_.Null(); }
    bool Bool(bool b) { return out_.Bool(b); }
    bool Int(int i) { return out_.Int(i); }
    bool Uint(unsigned u) { return out_.Uint(u); }
    bool Int64(int64_t i) { return out_.Int64(i); }
    bool Uint64(uint64_t u) { return out_.Uint64(u); }
    bool Double(double d) { return out_.Double(d); }
    bool String(const char* str, SizeType length, bool) { 
        buffer_.clear();
        for (SizeType i = 0; i < length; i++)
            buffer_.push_back(std::toupper(str[i]));
        return out_.String(&buffer_.front(), length, true); // true = output handler need to copy the string
    }
    bool StartObject() { return out_.StartObject(); }
    bool Key(const char* str, SizeType length, bool copy) { return String(str, length, copy); }
    bool EndObject(SizeType memberCount) { return out_.EndObject(memberCount); }
    bool StartArray() { return out_.StartArray(); }
    bool EndArray(SizeType elementCount) { return out_.EndArray(elementCount); }

    OutputHandler& out_;
    std::vector<char> buffer_;
};

int main(int, char*[]) {
    // Prepare JSON reader and input stream.
    Reader reader;
    char readBuffer[65536];
    FileReadStream is(stdin, readBuffer, sizeof(readBuffer));

    // Prepare JSON writer and output stream.
    char writeBuffer[65536];
    FileWriteStream os(stdout, writeBuffer, sizeof(writeBuffer));
    Writer<FileWriteStream> writer(os);

    // JSON reader parse from the input stream and let writer generate the output.
    CapitalizeFilter<Writer<FileWriteStream> > filter(writer);
    if (!reader.Parse(is, filter)) {
        fprintf(stderr, "\nError(%u): %s\n", (unsigned)reader.GetErrorOffset(), GetParseError_En(reader.GetParseErrorCode()));
        return 1;
    }

    return 0;
}
~~~~~~~~~~

注意到，不可简单地把JSON当作字符串去改为大写。例如：
~~~~~~~~~~
["Hello\nWorld"]
~~~~~~~~~~

简单地把整个JSON转为大写的话会产生错误的转义符：
~~~~~~~~~~
["HELLO\NWORLD"]
~~~~~~~~~~

而`capitalize`就会产生正确的结果：
~~~~~~~~~~
["HELLO\nWORLD"]
~~~~~~~~~~

我们还可以开发更复杂的过滤器。然而，由于SAX风格API在某一时间点只能提供单一事件的信息，使用者需要自行记录一些上下文信息（例如从根节点起的路径、储存其他相关值）。对于处理某些情况，用DOM会比SAX更容易实现。