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C ++用のJSONパーサーの作成

これまでのところ、LL1パーサーを実現するために、字句解析器とスタックを組み合わせることに成功しています。私は純粋にこれを行って、構文解析がどのように機能するかを理解し、おそらくこれらのアイデアを将来のプロジェクトで使用します。 json-cppやrapid-jsonのようなはるかに優れたフレームワークがあることを理解していますが、自分でこれを理解したいと思います。

ヘッダーファイルを以下に示します。

_#pragma once

#include <string>
#include <vector>
#include <map>
#include <variant>
#include <fstream>
#include <stack>

#include "Helper.h"

// Debugging
#include <iostream>

// Types to store JSON ouput
struct jlist;
struct jobject;

using json_value = std::variant<int, float, bool, std::string, jlist, jobject>;

enum tag { int_value, float_value, string_value, list, object };

struct jlist {
    tag type;
    std::vector<json_value *> vector_value;
};

struct jobject {
    tag type;
    std::map<std::string, json_value *> map_value;
};

class JSONParser
{
public:
    JSONParser();

    ~JSONParser();

    void parseFile(std::string);

private:
    std::stack<std::string> s;

    bool checkDeliminator(char);
    std::vector<std::string> lexer(std::ifstream &);
    void parser(std::vector<std::string> &);
    void transitionTable(std::string cursor);
};
_

実装は次のとおりです。

_#include "genetic-optimization/JSONParser.h"

JSONParser::JSONParser() {
}

JSONParser::~JSONParser() = default;

void JSONParser::parseFile(std::string FILE) {
    std::ifstream configfile(FILE);
    std::vector<std::string> scan = lexer(configfile);
    parser(scan);
}

bool JSONParser::checkDeliminator(char piece) {
    switch (piece) {
        case '[':
            return true;
        case ']':
            return true;
        case '{':
            return true;
        case '}':
            return true;
        case ':':
            return true;
        case ',':
            return true;
        case '"':
            return true;
        default:
            return false;
    }
}

std::vector<std::string> JSONParser::lexer(std::ifstream & configfile) {
    char piece;
    std::string capture = "";
    std::string conversion;
    std::vector<std::string> capture_list;

    while(configfile >> piece) {
        if (checkDeliminator(piece)) {
            conversion = piece;
            if (capture != "") {
                capture_list.Push_back(capture);
                capture_list.Push_back(conversion);
                capture = "";
            } else {
                capture_list.Push_back(conversion);
            }
        } else {
            capture += piece;
        }
    }

    return capture_list;
}

void JSONParser::parser(std::vector<std::string> & scan) {
    for (auto it = scan.begin(); it != scan.end(); ++it) {
        std::cout << *it << "\n"; // Make sure the lexer works
        transitionTable(*it);
    }
}

void JSONParser::transitionTable(std::string cursor) {
    if(s.empty()) {
        s.Push(cursor); 
    } else {
        if (s.top() == "[") {
            s.Push(cursor);
        } else if (s.top() == "]") {
            s.pop();
        } else if (s.top() == "{") {
            s.Push(cursor);
        } else if (s.top() == "}") {
            s.pop();
        } 
    }
}
_

ここから先に進む方法がわかりませんが、出発点として json grammar を使用しており、ガイダンスとして次の tutorial を使用しています。

_json -> element
value -> object|array|string|number|bool|
object -> {}|{members}
members -> member|member,members
member -> string:element
array -> []|[elements]
elements -> element|element,elements
element -> value
_

私は主に3つの問題を抱えています。

  1. JSON文法は間接再帰を残しているようです。文法はチュートリアルで示したものほど単純ではないので、それを取り除く方法がわかりません。

  2. 特にFirst(object)などの解析テーブル（有限状態マシン）を生成する方法がわかりません。これはどうなりますか？ JSONの解析テーブルを作成し、正しい方向に向けるリソースはありますか？

  3. チュートリアルでは、解析される式が文法によって生成されていることを確認するように思われますが、構造を変数に格納したいと思います。これはどこで行われ、疑似（またはさらに優れたC++）コードでこれがどのように見えるかについてアドバイスはありますか？.

完全を期すために、次のJSONをテストとして使用しています。

_[
{
    "libraries":[
        "terminal",
        "binary"
        ] ,
    "functions":[
        "terminal-basic",
        "binary-basic"
    ]
}
,
{
    "name":"addition",
    "type":"binary-basic",
    "function":"add_float",
    "input":{
        "float" : 2
        },
    "output":"float",
    "max-number":2
}
,
{
    "name":"exponent",
    "type":"binary-basic",
    "function":"exponent_float",
    "input":{
        "float":2
        },
    "output":"float",
    "max-number":2
}
,
{
    "name":"exponent",
    "type":"binary-basic",
    "function":"exponent_float",
    "input":{
        "float":2,
        "int":1
        },
    "output":"float",
    "max-number":1
}
,
{
    "name":"constant_1",
    "type":"terminal-basic",
    "function":"non_random_constant",
    "value":0.5,
    "input":{ },
    "output":"float",
    "max-number":3
}
,
{
    "name":"constant_2",
    "type":"terminal-basic",
    "function":"non_random_constant",
    "value":2.0,
    "input":{ },
    "output":"float",
    "max-number":3
}
,
{
    "name":"constant_3",
    "type":"terminal-basic",
    "function":"non_random_constant",
    "value":true,
    "input":{
        "bool":1
    },
    "output":"bool",
    "max-number":1
}
]
_
c++jsonparsing
4
Ivor Denham-Dyson

将来ここに来る人のためにこの質問に答えずに残したくないのですが、私は個人的にはこの回答に付随するコードの大ファンではありません。それは非効率的で、特にエレガントではないと感じ、それが最初に実装しようとしていた理論モデルを表しているかどうかはわかりません。私は@MSaltersコメントからリードを取りました。これは、機能するものを構築し、モデルが理論的に後で健全であるかどうかを心配することを意味しました。以下は私の試みです。

ヘッダーはさらにいくつかの機能を追加します。それらの多くは純粋にfsmおよびparserを支援するためのものです。

class JSONParser
{
public:
        JSONParser();

        ~JSONParser();

        void parseFile(std::string);

private:
        json_value root;
        std::stack<std::string> s;
        std::stack<json_value> s_value;

        // Lexer
        bool checkDeliminator(char);
        std::vector<std::string> lexer(std::ifstream &);

        // FSM varaibles
        enum state { int_value, float_value, bool_value, string_value, default_value, bad_state};
        state current;

        // FSM
        void fsm(std::string);

        // Parser variables
        enum stack_map { list_open, list_close, object_open, object_close, colon, comma, buffer, follow};
        std::map<std::string, stack_map> stack_conversion;

        // Parser helper functions
        template<typename T> void addElement();

        template<typename T> void insert(std::string &, T (*)(const std::string &));
        template<typename T> void insert();
        void insert(std::string &);
        void pushBuffer();

        template<typename ... T> bool multiComparision(const char scope, T ... args);
        bool isDigit(const char);
        static int st2i(const std::string & value);
        static float st2f(const std::string & value);
        static bool st2b(const std::string & value);

        // Parser
        void parser(const std::string & cursor);
};

実装ファイルは次のとおりです。

#include "genetic-optimization/JSONParser.h"

JSONParser::JSONParser() {
    state current = default_value;
    stack_conversion = { { "[", list_open }, { "]", list_close }, { "{", object_open }, { "}", object_close }, { ":", colon }, { ",", comma }, { "buffer", buffer } };
}

JSONParser::~JSONParser() = default;

void JSONParser::parseFile(std::string FILE) {
    std::ifstream configfile(FILE);
    std::vector<std::string> scan = lexer(configfile);

    scan.Push_back("terminate");
    for (auto it = scan.begin(); it != scan.end(); ++it) {
            parser(*it);
    }
    root = s_value.top();
    s_value.pop();
}

// Lexer
bool JSONParser::checkDeliminator(char piece) {
    switch (piece) {
        case '[':
            return true;
        case ']':
            return true;
        case '{':
            return true;
        case '}':
            return true;
        case ':':
            return true;
        case ',':
            return true;
        default:
            return false;
    }
}

std::vector<std::string> JSONParser::lexer(std::ifstream & configfile) {
    char piece;
    std::string capture = "";
    std::string conversion;
    std::vector<std::string> capture_list;

    while(configfile >> piece) {
        if (checkDeliminator(piece)) {
            conversion = piece;
            if (capture != "") {
                capture_list.Push_back(capture);
                capture_list.Push_back(conversion);
                capture = "";
            } else {
                capture_list.Push_back(conversion);
            }
        } else {
            capture += piece;
        }
    }

    return capture_list;
}

// FSM
void JSONParser::fsm(std::string value) {
    current = default_value;
    char point;
    auto it = value.begin();

    while (it != value.end()) {
        point = *it;
        if (point == '"' & current == default_value) {
            current = string_value;
            return;
        } else if (isdigit(point)) {
            if (current == default_value | current == int_value) {
                current = int_value;
                ++it;
            } else if (current == float_value) {
                ++it;
            } else {
                current = bad_state;
                return;
            }
        } else if (point == '.' & current == int_value) {
            current = float_value;
            ++it;
        } else if (point == 'f' & current == float_value) {
            ++it;
        } else if (current == default_value) {
            if (value == "true" | value == "false") {
                current = bool_value;
                return;
            } else {
                current = bad_state;
                return;
            }
        } else {
            current = bad_state;
            return;
        }
    }
}

// Parser Helper functions
template<>
void JSONParser::addElement<jobject>() {
    json_value value_read;
    json_value key_read;

    value_read = s_value.top();
    s_value.pop();
    key_read = s_value.top();
    s_value.pop();

    std::get<jobject>(s_value.top()).insert(key_read, value_read);
}

template<>
void JSONParser::addElement<jlist>() {
    json_value value_read;

    value_read = s_value.top();
    s_value.pop();

    std::get<jlist>(s_value.top()).Push_back(value_read);
}

template<typename T>
void JSONParser::insert(std::string & value, T (*fptr)(const std::string &)) {
        T T_value(fptr(value));
        s_value.Push(T_value);
}

template<typename T>
void JSONParser::insert() {
        T T_value;
        s_value.Push(T_value);
}

void JSONParser::insert(std::string & value) {
    value.erase(std::remove(value.begin(), value.end(), '"'), value.end());
        s_value.Push(value);
}

void JSONParser::pushBuffer() {
    s.pop();
    s.Push("buffer");
}

template<typename ... T>
bool JSONParser::multiComparision(const char scope, T ... args) {
    return (scope == (args || ...));
}

bool JSONParser::isDigit(const char c) {
    return multiComparision<char>(c, '1', '2', '3', '4', '5', '6', '7', '8', '9', '0');
}

int JSONParser::st2i(const std::string & value) {
        return stoi(value);
}

float JSONParser::st2f(const std::string & value) {
        return stof(value);
}

bool JSONParser::st2b(const std::string & value) {
        if (value == "true") {
                return true;
        } else {
                return false;
        }
}

// Parser
void JSONParser::parser(const std::string & cursor) {
    if(s.empty()) {
        s.Push(cursor); 
    } else {
        stack_map stack_value;
        std::string value = s.top();

        if (stack_conversion.find(value) != stack_conversion.end()) {
            stack_value = stack_conversion[s.top()];
        } else {
            stack_value = follow;
        }

        switch (stack_value) {
            case buffer:
                s.pop();
                break;
            case list_open:
                insert<jlist>();
                if (cursor == "]") {
                    pushBuffer();
                    return;
                }
                break;
            case list_close:
                addElement<jlist>();
                s.pop();
                s.pop();
                break;
            case object_open:
                insert<jobject>();
                if (cursor == "}") {
                    pushBuffer();
                    return;
                }
                break;
            case object_close:
                addElement<jobject>();
                s.pop();
                s.pop();
                break;
            case colon:
                s.pop();
                break;
            case comma:
                s.pop();
                if (s.top() == "{") {
                    addElement<jobject>();
                } else {
                    addElement<jlist>();
                }
                break;
            default:
                s.pop();
                fsm(value);
                switch (current) {
                    case string_value:
                        insert(value);
                        break;
                    case int_value:
                        insert<int>(value, st2i);
                        break;
                    case float_value:
                        insert<float>(value, st2f);
                        break;
                    case bool_value:
                        insert<bool>(value, st2b);
                        break;
                    default:
                        std::cout << "Bad state\n"; 
                }
        }
        s.Push(cursor);
    }
}

アイデアは、各区切り記号でlexerをブレークし、生成されたすべてのトークンをベクトルに配置することでした。次に、scanと呼ばれるこのベクトルをループすることができます。このループの各反復でparserが実行されます。一般に、これはスタックの先頭sを読み取り、ブラケット/ブレースが開いているか閉じているか、または終端値に達したかどうかを判断します。ブラケット/ブレースが開いている場合、新しいjobjectまたはjlistが生成され、新しいスタックs_valueに配置されます。終端の値に達した場合はfsm（有限状態マシン）が実行され、値のタイプを判別してs_valueの上に配置します。コンマまたは閉じ括弧に到達すると、適切な値がスタックから移動され、s_valueの要素が挿入されます適切な容器に。

このスパゲッティの最大のミートボールは、JSONツリーの要素がどのように呼び出されるかです。

std::cout << std::get<bool>(std::get<jobject>(std::get<jobject>(std::get<jlist>(root)[6])["input"])["bool"]); // Should return 1

これは確かに1を返しますが、ネストされたstd :: get呼び出しはまったく間違っているようで、operator []に組み込むことができるか、またはオブジェクトのタイプを追跡する3番目のスタックを通じて（ため息）組み込むことができるかわかりません保管されています。

これは私の基本的な試みでしたが、きれいではありませんが、うまくいきます。うまくいけば、私はそれをさらに洗練して、私が持っているものを改善することができます。

0
Ivor Denham-Dyson