Как сериализовать и десериализовать класс со сложными элементами данных в C

Введение

Сериализация включает в себя преобразование состояния объекта в поток байтов, который можно сохранить, а затем реконструировать обратно в объект с тем же состоянием. В этой статье представлены рекомендации по сериализации и десериализации класса с членами пользовательских типов данных в C, а также предложения по реализации для оптимальной скорости, переносимости и эффективности использования памяти.

Определение интерфейса сериализации

Правильный интерфейс сериализации должен определять функции как для сериализации (преобразования в байты), так и для десериализации (реконструкции из байтов). Рекомендуемый тип возвращаемого значения для функции сериализации — вектор байтов std::vector. Функция десериализации должна принимать в качестве входных данных диапазон или поток, представляющий сериализованные байты.

Пример интерфейса сериализации:

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

Сериализация пользовательского типа данных

Для пользовательских типов данных определите пользовательские функции сериализации в их пространстве имен типы данных. Например, рассмотрим пользовательский тип данных 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
    };
}

Для этого типа необходимо определить функцию сериализации:

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));
    }
}

При необходимости аналогичные функции сериализации следует определить для других пользовательских типов данных.

Реализация

Следующие предложения по реализации учитывают скорость, переносимость и эффективность памяти:

• Порядок байтов: Обеспечьте согласованный порядок байтов за счет при необходимости функции, специфичные для платформы.
• Endian-Neutral: Реализуйте сериализацию с нейтральным для платформы порядком байтов для обеспечения переносимости.
• Представление строк: Настройте сериализацию строк для оптимизации памяти и скорости.
• Контейнер Емкость: Укажите максимальную поддерживаемую емкость контейнера для эффективной сериализации.

Эффективность памяти

Чтобы оптимизировать использование памяти во время сериализации:

• Избегайте указателей: Используйте типы значений или ссылки, чтобы избежать накладных расходов на указатели.
• Битовые поля и упакованные структуры: Рассмотрите возможность использования битовых полей и упакованных структур для плотной упаковки данных.
• Используйте оптимизацию контейнеров: Используйте оптимизации например, резервирование емкости и предварительное распределение при использовании контейнеров.

Скорость и Переносимость

Для оптимальной скорости и переносимости:

• Примитивные типы данных: Используйте специализированные функции сериализации для примитивных типов данных для более быстрой обработки.
• Множественные перегрузки: Обеспечивает несколько перегрузок функций сериализации для обработки различных типов данных. эффективно.
• Сериализация только для заголовков: Используйте библиотеки сериализации только для заголовков, такие как msgpack или зерновые, чтобы избежать связывания зависимостей.

Дополнительные соображения

• Формат хранения: Определите целевой формат хранения сериализованных данных (файл, сеть, память).
• Ввод-вывод файла: Обеспечьте функции сериализации, которые работают с потоками файлов для упрощения хранения.
• Модульное тестирование: Тщательно проверяйте сериализацию и десериализацию на точность и правильность.

Заключение

В этой статье представлены подробные рекомендации и предложения по реализации для эффективной сериализации и десериализации классов со сложными элементами данных в C . Учитывая скорость, портативность и эффективность использования памяти, вы можете разработать надежные решения сериализации, отвечающие конкретным требованиям вашего приложения.