C で複雑なデータ メンバーを持つクラスをシリアル化および逆シリアル化する方法

はじめに

シリアル化には、オブジェクトの状態をバイト ストリームに変換して保存し、後で同じ状態のオブジェクトに再構築することが含まれます。この記事では、C のカスタム データ型のメンバーを含むクラスのシリアル化と逆シリアル化に関するガイダンスを提供し、最適な速度、移植性、メモリ効率のための実装の提案を提供します。

シリアル化インターフェイスの定義

適切なシリアル化インターフェイスでは、シリアル化 (バイトへの変換) と逆シリアル化 (バイトからの再構築) の両方の関数を定義する必要があります。シリアライズ関数の推奨される戻り値の型は、バイトのベクトル std::vector です。逆シリアル化関数は、シリアル化されたバイトを表すスパンまたはストリームを入力として受け取る必要があります。

シリアル化インターフェイスの例:

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

カスタム データ型シリアル化

カスタム データ型の場合は、その名前空間内でカスタム シリアル化関数を定義します。データ型。たとえば、カスタム データ型 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
    };
}

この型の場合、次のようにシリアル化関数を定義します。

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));
    }
}

必要に応じて、他のカスタム データ型にも同様のシリアル化関数を定義する必要があります。

実装

次の実装の提案では、速度、移植性、およびメモリ効率:

• バイトオーダー: 一貫したバイトオーダーを保証します。必要に応じて、プラットフォーム固有の関数。
• Endian-Neutral: 移植性を確保するために、プラットフォームに依存しないバイトオーダーでシリアル化を実装します。
• 文字列の表現: 文字列のシリアル化をカスタマイズしてメモリと速度を最適化します。
• コンテナ容量: 効率的なシリアル化のためにサポートされるコンテナの最大容量を指定します。

メモリ効率

シリアル化中のメモリ使用量を最適化するには:

• Avoid Pointers: 値の型または参照を使用して、 pointers.
• ビット フィールドとパック構造: データをしっかりとパックするには、ビット フィールドとパック構造の使用を検討してください。
• コンテナの最適化を使用する: 最適化を利用します。使用時の容量予約や事前割り当てなどコンテナー。

速度と移植性

最適な速度と移植性のために:

• プリミティブ データ型: 処理を高速化するには、プリミティブ データ型に特化したシリアル化関数を使用します。
• 複数オーバーロード: さまざまなデータ型を効率的に処理するために、シリアル化関数の複数のオーバーロードを提供します。
• ヘッダーのみのシリアル化: 依存関係のリンクを避けるために、msgpack や cereal などのヘッダーのみのシリアル化ライブラリを使用します。 。

追加考慮事項

• ストレージ形式: シリアル化されたデータ (ファイル、ネットワーク、メモリ) のターゲット ストレージ形式を決定します。
• ファイル IO : ストレージを容易にするためにファイル ストリームを操作するシリアル化関数を提供します。
• Unitテスト: シリアル化と逆シリアル化の正確性を徹底的にテストします。

結論

この記事では、効率的にシリアル化および逆シリアル化するための詳細なガイダンスと実装の提案を提供します。 C の複雑なデータ メンバーを持つクラス。速度、移植性、メモリ効率を考慮することで、アプリケーションの特定の要件を満たす堅牢なシリアル化ソリューションを開発できます。