如何在C 中序列化和反序列化具有複雜資料成員的類別

簡介

序列化涉及將物件的狀態轉換為位元組流，該位元組流可以儲存並稍後重構回具有相同狀態的物件。本文提供了有關用 C 語言對具有自訂資料類型成員的類別進行序列化和反序列化的指導，並提供了最佳速度、可移植性和記憶體效率的實現建議。

定義序列化介面

正確的序列化介面應該定義序列化（轉換為位元組）和反序列化（從位元組重建）的函數。建議序列化函數的傳回類型是位元組向量 std::vector。反序列化函數應採用表示序列化位元組的範圍或流作為輸入。

範例序列化介面：

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

自訂資料類型序列化

對於自訂資料類型，在這些資料類型的命名空間內定義自訂序列化函數資料類型。例如，考慮自訂資料類型 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
    };
}

對於這種類型，您需要定義一個序列化函數：

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));
    }
}

應根據需要為其他自訂資料類型定義類似的序列化函數。

實現

以下實現建議考慮速度、可移植性和記憶體效率：

• 位元組順序： 透過特定於平台的函數確保位元組順序一致如果需要的話。
• Endian-Neutral: 使用平台中立的位元組順序實現序列化以確保可移植性。
• 字串的表示： 自訂字串的序列化以優化記憶體和速度。
• 容器容量：指定支援的最大容器容量以提高效率序列化。

記憶體效率

優化序列化期間的記憶體使用：

• 避免指標：使用值類型或引用來避免指標的開銷。
• 位元字段和打包結構： 考慮使用位元字段和打包結構來緊密打包資料。
• 使用容器最佳化： 使用容器時利用容量預留和預先分配等最佳化。

速度與便攜性

獲得最佳速度和可攜性：

• 原始資料類型： 對原始資料類型使用專門的序列化函數以加快處理速度。
• 多重重載： 提供多個重載序列化函數以有效地處理不同的資料型別。
• 僅標頭序列化：使用僅標頭的序列化庫（例如 msgpack 或穀物）以避免連結依賴項。

其他注意事項

• 儲存格式： 決定序列化資料的目標儲存格式（檔案、網路、記憶體）。
• 文件IO： 提供對文件流進行操作的序列化函數，以便於儲存。
• 單元測試： 徹底測試序列化和反序列化的準確性和正確性。

結論

本文為高效地序列化和反序列化複雜的類別提供了詳細的指導和實現建議C 中的資料成員。透過考慮速度、可移植性和記憶體效率，您可以開發強大的序列化解決方案來滿足您的應用程式的特定要求。