Cómo serializar y deserializar una clase con miembros de datos complejos en C

Introducción

La serialización implica traducir el estado de un objeto en un flujo de bytes que se puede almacenar y luego reconstruir en un objeto con el mismo estado. Este artículo proporciona orientación sobre cómo serializar y deserializar una clase con miembros de tipos de datos personalizados en C y ofrece sugerencias de implementación para una velocidad, portabilidad y eficiencia de memoria óptimas.

Definición de la interfaz de serialización

Una interfaz de serialización adecuada debe definir funciones tanto para serializar (convertir a bytes) como para deserializar (reconstruir a partir de bytes). El tipo de retorno recomendado para la función serializar es un vector de bytes, std::vector. La función de deserialización debe tomar un lapso o una secuencia que represente los bytes serializados como entrada.

Interfaz de serialización de ejemplo:

std::vector<uint8_t> serialize(Mango const& Man);
Mango deserialize(std::span<uint8_t const> data);

Serialización de tipos de datos personalizados

Para tipos de datos personalizados, defina funciones de serialización personalizadas dentro del espacio de nombres de esos tipos de datos. Por ejemplo, considere un tipo de datos personalizado ValType:

namespace MangoLib {
    enum class ValType : uint8_t {
        #define UseValType
        #define Line(NAME, VALUE, STRING) NAME = VALUE
        Line(void_,   0, "void"),
        Line(int_,    1, "int"),
        Line(bool_,   2, "bool"),
        Line(string_, 3, "string"),
        #undef Line
        #undef UseValType
    };
}

Para este tipo, definiría una función de serialización:

namespace MangoLib {
    template <typename Out>
    Out do_generate(Out out, ValType const& x) {
        using my_serialization_helpers::do_generate;
        return do_generate(out,
                           static_cast<std::underlying_type_t<ValType>>(x));
    }
}

Se deben definir funciones de serialización similares para otros tipos de datos personalizados según sea necesario.

Implementación

Las siguientes sugerencias de implementación consideran la velocidad, la portabilidad y eficiencia de la memoria:

• Orden de bytes: Garantiza un orden de bytes consistente a través de funciones específicas de la plataforma si necesario.
• Endian-Neutral: Implementar la serialización con un orden de bytes neutral en la plataforma para garantizar la portabilidad.
• Representación de cadenas: Personalizar el serialización de cadenas para optimizar la memoria y la velocidad.
• Capacidad del contenedor: Especifique una capacidad máxima de contenedor admitida para una eficiencia serialización.

Eficiencia de la memoria

Para optimizar el uso de la memoria durante la serialización:

• Evitar punteros: Utilice tipos de valores o referencias para evitar la sobrecarga de los punteros.
• Campos de bits y estructuras empaquetadas: Considere usar campos de bits y estructuras empaquetadas para empaquetar los datos de manera compacta.
• Usar optimizaciones de contenedores: Utilice optimizaciones como reservas de capacidad y preasignaciones cuando use contenedores.

Velocidad y portabilidad

Para una velocidad y portabilidad óptimas:

• Primitive Data Tipos: Utilice funciones de serialización especializadas para tipos de datos primitivos para un procesamiento más rápido.
• Sobrecargas múltiples: Proporcione múltiples sobrecargas de funciones de serialización para manejar diferentes tipos de datos de manera eficiente.
• Serialización solo de encabezado: Emplee bibliotecas de serialización solo de encabezado, como msgpack o cereal, para evitar enlaces dependencias.

Consideraciones adicionales

• Formato de almacenamiento: Determine el formato de almacenamiento de destino para los datos serializados (archivo, red , memoria).
• File IO: Proporciona funciones de serialización que operan en secuencias de archivos para facilitar almacenamiento.
• Pruebas unitarias: Pruebe exhaustivamente la serialización y deserialización para verificar su precisión y corrección.

Conclusión

Esta El artículo proporciona orientación detallada y sugerencias de implementación para serializar y deserializar clases de manera eficiente con miembros de datos complejos en C. Al considerar la velocidad, la portabilidad y la eficiencia de la memoria, puede desarrollar soluciones de serialización sólidas que cumplan con los requisitos específicos de su aplicación.