原文地址:https://lihautan.com/json-parser-with-javascript/ 原文作者:Tan Li Hau 译者:龚亮 声明:本翻译仅做学习交流使用,转载请注明来源。
本周 Cassidoo 每周时事通讯[1]的面试问题是:编写一个函数,该函数接受一个有效的JSON字符串并将其转换为一个对象。编程语言不限,数据结构不限。输入示例:
fakeParseJSON('{ "data": { "fish": "cake", "array": [1,2,3], "children": [ { "something": "else" }, { "candy": "cane" }, { "sponge": "bob" } ] } } ')
有一次,我忍不住想写:
const fakeParseJSON = JSON.parse;
但是,我想,我已经写了不少关于 AST 的文章:
•使用Babel创建自定义JavaScript语法[2]•编写自定义babel转换的逐步指南[3]•用JavaScript操作AST[4]
其中包括编译器管道的概述,以及如何操作 AST,但是我还没有详细介绍如何实现解析器。
这是因为在一篇文章中实现JavaScript编译器对我来说是一项艰巨的任务。
好吧,不用担心。JSON 也是一种语言。它具有自己的语法,您可以从规范[5]中参考。编写 JSON 解析器所需的知识和技术可以转移到编写 JS 解析器中。
因此,让我们开始编写 JSON 解析器!
如果您查看了规范页面,会发现有2个图。
•左侧的语法图(或者铁路图):
图片来源:https://www.json.org/img/object.png
•右侧的 McKeeman形式[6] ,是 Backus-Naur形式(BNF)[7] 的变体。
json
element
value
object
array
string
number
"true"
"false"
"null"
object
'{' ws '}'
'{' members '}'
这两个图是等效的。
一个是可视化的,另一个是基于文本的。基于文本的语法( Backus-Naur 形式)通常被提供给另一个解析器,该解析器解析该语法并为其生成一个解析器。?
在本文中,我们将重点关注铁路图,因为它是可视化的,而且似乎对我更友好。
让我们看看第一张铁路图:
图片来源:https://www.json.org/img/object.png
这是 JSON 中“对象”的语法。
我们从左边开始,沿着箭头走,然后在右边结束。
圆圈(例如:左花括号({)
,英文逗号(,)
,英文冒号(:)
,右花括号(})
)是字符,方框(例如:空格(whitespace)
、字符串(string)
和值(value)
)是另一种语法的占位符。如果要解析“空格”,我们需要查看空格
的语法。
因此,对于一个对象,从左边开始第一个字符必须是一个左花括号
。然后我们有两个选择:
•空格
-> 右花括号
-> 结束, 或者•空格
-> 字符串
-> 空格
-> 英文冒号
-> 值
-> 右花括号
-> 结束
当然,当您到达“值”时,您可以选择:
•-> 右花括号
-> 结束,或者•-> 英文逗号
-> 空格
-> ... -> 值
您可以继续保持循环,直到您决定执行以下操作:
•-> 右花括号
-> 结束。
我想我们现在已经熟悉铁路图,让我们继续下一节。
让我们从以下结构开始:
function fakeParseJSON(str) {
let i = 0;
// TODO
}
我们初始化i
作为当前字符的索引,当i
到达str
结束时,我们将立即结束。
让我们实现“对象”的语法:
function fakeParseJSON(str) {
let i = 0;
function parseObject() {
if (str[i] === '{') {
i++;
skipWhitespace();
// if it is not '}',
// we take the path of string -> whitespace -> ':' -> value -> ...
while (str[i] !== '}') {
const key = parseString();
skipWhitespace();
eatColon();
const value = parseValue();
}
}
}
}
在parseObject
中,我们将调用其他语法的解析,例如“字符串”和”空格”,当我们实现它们时,一切都会起作用?。
我忘了加上一个英文逗号,
,,
只出现在我们开始第二次循环空格
-> 字符串
-> 空格
-> :
-> ...之前。
基于此,我们添加了以下行,注意第8,12~15,20行(译者加):
function fakeParseJSON(str) {
let i = 0;
function parseObject() {
if (str[i] === '{') {
i++;
skipWhitespace();
let initial = true;
// if it is not '}',
// we take the path of string -> whitespace -> ':' -> value -> ...
while (str[i] !== '}') {
if (!initial) {
eatComma();
skipWhitespace();
}
const key = parseString();
skipWhitespace();
eatColon();
const value = parseValue();
initial = false;
}
// move to the next character of '}'
i++;
}
}
}
一些命名约定:
•当我们基于语法解析代码并使用返回值时,我们调用parseSomething
•当我们期望字符在那里,但我们没有使用字符时,我们调用eatSomething
•字符不在那里,但我们的程序是ok的,我们调用skipSomething
让我们来实现eatComma
和eatColon
:
function fakeParseJSON(str) {
// ...
function eatComma() {
if (str[i] !== ',') {
throw new Error('Expected ",".');
}
i++;
}
function eatColon() {
if (str[i] !== ':') {
throw new Error('Expected ":".');
}
i++;
}
}
我们已经完成了parseObject
语法的实现,但是这个解析函数的返回值是什么呢?
我们需要返回一个 JavaScript 对象,注意第8,22,28行(译者加)。
function fakeParseJSON(str) {
let i = 0;
function parseObject() {
if (str[i] === '{') {
i++;
skipWhitespace();
const result = {};
let initial = true;
// if it is not '}',
// we take the path of string -> whitespace -> ':' -> value -> ...
while (str[i] !== '}') {
if (!initial) {
eatComma();
skipWhitespace();
}
const key = parseString();
skipWhitespace();
eatColon();
const value = parseValue();
result[key] = value;
initial = false;
}
// move to the next character of '}'
i++;
return result;
}
}
}
既然您已经看到我实现了“对象”语法,现在轮到您尝试实现一下“数组”语法了:
图片来源:https://www.json.org/img/array.png
function fakeParseJSON(str) {
// ...
function parseArray() {
if (str[i] === '[') {
i++;
skipWhitespace();
const result = [];
let initial = true;
while (str[i] !== ']') {
if (!initial) {
eatComma();
}
const value = parseValue();
result.push(value);
initial = false;
}
// move to the next character of ']'
i++;
return result;
}
}
}
现在进入一个更有趣的语法“值”。
图片来源:https://www.json.org/img/value.png
值是以“空格”开始,然后是以下任意一种:“字符串”,“数字”,“对象”,“数组”,“真”,“假”或“空”,然后以“空格”结尾:
function fakeParseJSON(str) {
// ...
function parseValue() {
skipWhitespace();
const value =
parseString() ??
parseNumber() ??
parseObject() ??
parseArray() ??
parseKeyword('true', true) ??
parseKeyword('false', false) ??
parseKeyword('null', null);
skipWhitespace();
return value;
}
}
??
是 空值合并操作符[8],它就像||
,我们通常使用foo || default
设置默认值。我们期望当foo
是假值时||
返回default
。然而只有当foo
是null
或者undefined
时空值合并操作符返回default
。
parseKeyword 将检查当前的str.slice(i)
是否与关键字字符串匹配,如果匹配,将返回关键字值:
function fakeParseJSON(str) {
// ...
function parseKeyword(name, value) {
if (str.slice(i, i + name.length) === name) {
i += name.length;
return value;
}
}
}
parseValue
就是这样!
我们还有3种语法,但是我将节省本文的篇幅,并在下面的 CodeSandbox 中实现它们:
<iframe src="https://codesandbox.io/embed/json-parser-k4c3w?expanddevtools=1&fontsize=14&hidenavigation=1&theme=dark&view=editor" style="width:100%; height:500px; border:0; border-radius: 4px; overflow:hidden;" title="JSON解析器" allow="geolocation; microphone; camera; midi; vr; accelerometer; gyroscope; payment; ambient-light-sensor; encrypted-media; usb" sandbox="allow-modals allow-forms allow-popups allow-scripts allow-same-origin"></iframe>
在我们完成所有语法实现之后,现在让我们返回json的值,它是由parseValue
返回的:
function fakeParseJSON(str) {
let i = 0;
return parseValue();
// ...
}
就是这样!
好吧,别急,我的朋友,我们刚刚完成了理想的情况,那异常的情况呢?
作为一名优秀的开发人员,我们还需要优雅地处理异常情况。对于解析器,这意味着使用适当的错误消息对开发人员进行提醒。
让我们处理两种最常见的错误情况:
•意外的标记•字符串意外结束
在所有的while循环中,比如parseObject
中while循环:
function fakeParseJSON(str) {
// ...
function parseObject() {
// ...
while(str[i] !== '}') {
我们需要确保访问的字符不会超过字符串的长度。在这个例子中,这发生在字符串意外结束时,而我们仍然在等待一个结束字符“}”。
function fakeParseJSON(str) {
// ...
function parseObject() {
// ...
while (i < str.length && str[i] !== '}') {
// ...
}
checkUnexpectedEndOfInput();
// move to the next character of '}'
i++;
return result;
}
}
您还记得您还是一名初级开发人员的时候,每当您遇到带有加密消息的语法错误时,您完全不知道出了什么问题吗?现在您有了更多经验,该停止这个良性循环并停止大喊大叫了。
Unexpected token "a"
并让用户呆呆地盯着屏幕。
有很多比大喊大叫来处理错误消息的更好的方法,您可以考虑将以下几点添加到解析器中:
这对于用户向 Google 寻求帮助作为标准关键字很有用。
// instead of
Unexpected token "a"
Unexpected end of input
// show
JSON_ERROR_001 Unexpected token "a"
JSON_ERROR_002 Unexpected end of input
像 Babel 这样的解析器,将向您显示一个代码框架,一个带有下划线、箭头或突出显示错误的代码片段:
// instead of
Unexpected token "a" at position 5
// show
{ "b"a
^
JSON_ERROR_001 Unexpected token "a"
有关如何打印代码段的示例:
function fakeParseJSON(str) {
// ...
function printCodeSnippet() {
const from = Math.max(0, i - 10);
const trimmed = from > 0;
const padding = (trimmed ? 3 : 0) + (i - from);
const snippet = [
(trimmed ? '...' : '') + str.slice(from, i + 1),
' '.repeat(padding) + '^',
' '.repeat(padding) + message,
].join('\n');
console.log(snippet);
}
}
如果可能,请解释出了什么问题,并提供有关如何解决它们的建议:
// instead of
Unexpected token "a" at position 5
// show
{ "b"a
^
JSON_ERROR_001 Unexpected token "a".
Expecting a ":" over here, eg:
{ "b": "bar" }
^
You can learn more about valid JSON string in http://goo.gl/xxxxx
如果可能,请根据解析器到目前为止收集的上下文提供建议:
fakeParseJSON('"Lorem ipsum');
// instead of
Expecting a `"` over here, eg:
"Foo Bar"
^
// show
Expecting a `"` over here, eg:
"Lorem ipsum"
^
基于上下文的建议会让人感觉更有共鸣和可操作。
记住所有的建议,检查更新的 CodeSandbox。
•有意义的错误消息•带有错误指向失败点的代码段•提供错误恢复建议
<iframe src="https://codesandbox.io/embed/json-parser-hjwxk?expanddevtools=1&fontsize=14&hidenavigation=1&theme=dark&view=editor" style="width:100%; height:500px; border:0; border-radius: 4px; overflow:hidden;" title="JSON解析器(带有错误处理)" allow="geolocation; microphone; camera; midi; vr; accelerometer; gyroscope; payment; ambient-light-sensor; encrypted-media; usb" sandbox="allow-modals allow-forms allow-popups allow-scripts allow-same-origin"></iframe>
要实现解析器,您需要从语法开始。
您可以使用铁路图或 Backus-Naur 形式语法。设计语法是最难的一步。
一旦掌握了语法,就可以开始基于语法来实现解析器。
错误处理很重要,更重要的是拥有有意义的错误消息,以便用户知道如何解决它。
现在您知道了如何实现简单的解析器,是时候着眼于更复杂的解析器了。
•Babel parser•Svelte parser
最后,请关注 @cassidoo[9] ,她的每周时事通讯棒极了!
感谢您花时间阅读本文。这对我意义重大。
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如果你不同意或对这篇文章有意见,也请在 Tweet 转发[11]并评论它,我可以采纳你的建议并改进它。
[1]
Cassidoo 每周时事通讯: https://cassidoo.co/newsletter/confirmed.html
[2]
使用Babel创建自定义JavaScript语法: https://lihautan.com/creating-custom-javascript-syntax-with-babel/
[3]
编写自定义babel转换的逐步指南: https://lihautan.com/step-by-step-guide-for-writing-a-babel-transformation/
[4]
用JavaScript操作AST: https://lihautan.com/manipulating-ast-with-javascript/
[5]
规范: https://www.json.org/json-en.html
[6]
McKeeman形式: https://www.crockford.com/mckeeman.html
[7]
Backus-Naur形式(BNF): https://en.wikipedia.org/wiki/Backus%E2%80%93Naur_form
[8]
空值合并操作符: https://developer.mozilla.org/en-US/docs/Web/JavaScript/Reference/Operators/Nullish_coalescing_operator
[9]
@cassidoo: https://twitter.com/cassidoo
[10]
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[11]
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