[源码分析系列] json_encode() 如何转化一个对象？

一冉再
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json_encode()如何转化一个对象？ 使用 json_encode() 将数组 array 转化成 json 字符串我们都已经很熟悉了

那么使用 json_encode() 转化一个对象是什么样的过程呢？

初步测试

我们需要新建一个具有多种属性的对象

新建 JsonTest

class JsonTest
{
    public const TEST = 'c';
    public $a = 'a';
    public static $b = 'b';
    protected $e = 'e';
    private $d = 'd';

    protected function test1()
    {
        return __FUNCTION__;
    }

    private function test2()
    {
        return __FUNCTION__;
    }

    public function test3()
    {
        return __FUNCTION__;
    }

    public static function test4()
    {
        return __FUNCTION__;
    }
}

执行

打印结果

echo json_encode(new JsonTest());

输出

{ "a": "a" }

可以看得出，只有公开非静态的属性被打印出来了，其他东西（常量、私有变量、方法等等）都丢失了。

思考

在实际的应用中，多数情况下，我们的属性都是非公开的，但是我们又想在执行 json_encode() 的时候将它打印出来，该怎么办呢？

JsonSerializable

JsonSerializable 是一个 PHP 的 JSON 序列化接口

官方定义

JSON 序列化接口

(PHP 5 >= 5.4.0, PHP 7)

简介

实现 JsonSerializable 的类可以 在 json_encode() 时定制他们的 JSON 表示法。

接口摘要

JsonSerializable {
    /* 方法 */
    abstract public jsonSerialize ( void ) : mixed
}

可以看出 php 版本低于 5.4 是没有这个接口的

修改 JsonTest 继续测试

修改 JsonTest 让它实现 JsonSerializable，并为其写一个 jsonSerialize 方法

class JsonTest implements JsonSerializable
{
    public const TEST = 'c';
    public $a = 'a';
    public static $b = 'b';
    protected $e = 'e';
    private $d = 'd';

    protected function test1()
    {
        return __FUNCTION__;
    }

    private function test2()
    {
        return __FUNCTION__;
    }

    public function test3()
    {
        return __FUNCTION__;
    }

    public static function test4()
    {
        return __FUNCTION__;
    }

    public function jsonSerialize()
    {
        $json = array();
        foreach ($this as $key => $value) {
            $json[$key] = $value;
        }
        return $json;
    }
}

执行

打印结果

echo json_encode(new JsonTest());

输出

{ "a": "a", "e": "e", "d": "d" }

可以看得出，公开属性和私有属性都被打印出来了，方法，常量以及静态变量没有打印出来（这是因为类(class)中静态变量和常量的实现方式是所有对象共享的，并不具体属于某个类）

源码分析

这部分源码较多，我会按照源码中的 function 来一个一个进行分析，注意看代码块中的注释

里边对应有一些 option 的位运算，我先贴出来每个 option 常量对应的值， << 是左移

/* json_encode() options */
#define PHP_JSON_HEX_TAG                    (1<<0)
#define PHP_JSON_HEX_AMP                    (1<<1)
#define PHP_JSON_HEX_APOS                   (1<<2)
#define PHP_JSON_HEX_QUOT                   (1<<3)
#define PHP_JSON_FORCE_OBJECT               (1<<4)
#define PHP_JSON_NUMERIC_CHECK              (1<<5)
#define PHP_JSON_UNESCAPED_SLASHES          (1<<6)
#define PHP_JSON_PRETTY_PRINT               (1<<7)
#define PHP_JSON_UNESCAPED_UNICODE          (1<<8)
#define PHP_JSON_PARTIAL_OUTPUT_ON_ERROR    (1<<9)
#define PHP_JSON_PRESERVE_ZERO_FRACTION     (1<<10)
#define PHP_JSON_UNESCAPED_LINE_TERMINATORS (1<<11)

函数本身

PHP_JSON_API int php_json_encode(smart_str *buf, zval *val, int options) /* {{{ */
{
	return php_json_encode_ex(buf, val, options, JSON_G(encode_max_depth));
}

PHP_JSON_API int php_json_encode_ex(smart_str *buf, zval *val, int options, zend_long depth) /* {{{ */
{
	php_json_encoder encoder;
	int return_code;
    // 初始化，开辟内存空间
	php_json_encode_init(&encoder);
	encoder.max_depth = depth;

    // 真正用于编码的函数体
	return_code = php_json_encode_zval(buf, val, options, &encoder);
	JSON_G(error_code) = encoder.error_code;

	return return_code;
}
/* }}} */

可以看出真正的编码函数是 php_json_encode_zval()

php_json_encode_zval()

smart_str_appendl() 是一个拼接字符串的函数，第三个参数是字符串的长度

buf 就是最终要返回的 json 字符串

int php_json_encode_zval(smart_str *buf, zval *val, int options, php_json_encoder *encoder) /* {{{ */
{
again:
	switch (Z_TYPE_P(val))
	{
		case IS_NULL:
			smart_str_appendl(buf, "null", 4);
			break;

		case IS_TRUE:
			smart_str_appendl(buf, "true", 4);
			break;
		case IS_FALSE:
			smart_str_appendl(buf, "false", 5);
			break;

		case IS_LONG:
			smart_str_append_long(buf, Z_LVAL_P(val));
			break;

		case IS_DOUBLE:
			if (php_json_is_valid_double(Z_DVAL_P(val))) {
				php_json_encode_double(buf, Z_DVAL_P(val), options);
			} else {
				encoder->error_code = PHP_JSON_ERROR_INF_OR_NAN;
				smart_str_appendc(buf, '0');
			}
			break;

		case IS_STRING:
			return php_json_escape_string(buf, Z_STRVAL_P(val), Z_STRLEN_P(val), options, encoder);

		case IS_OBJECT:
            // 如果对象实现了JsonSerializable，就将对象中的jsonSerialize()返回的结果进行编码
			if (instanceof_function(Z_OBJCE_P(val), php_json_serializable_ce)) {
				return php_json_encode_serializable_object(buf, val, options, encoder);
			}
            // 如果对象没有实现了JsonSerializable，就执行下边的这个php_json_encode_array()
			/* fallthrough -- Non-serializable object */
		case IS_ARRAY:
            // 解析数组
			return php_json_encode_array(buf, val, options, encoder);

		case IS_REFERENCE:
            //忽略引用
			val = Z_REFVAL_P(val);
			goto again;

		default:
			encoder->error_code = PHP_JSON_ERROR_UNSUPPORTED_TYPE;
			if (options & PHP_JSON_PARTIAL_OUTPUT_ON_ERROR) {
				smart_str_appendl(buf, "null", 4);
			}
			return FAILURE;
	}

	return SUCCESS;
}
/* }}} */

php_json_encode_array()

这个函数递归编码数组及没有实现JsonSerializable()的对象（只编码对象的公开属性）

static int php_json_encode_array(smart_str *buf, zval *val, int options, php_json_encoder *encoder) /* {{{ */
{
	int i, r, need_comma = 0;
	HashTable *myht;
	// r用来表示输出 `json` 的结构类型是数组还是对象
    // 只有自然排序的数组（['a','b','c']）才有可能被输出为数组（考虑option可能为JSON_FORCE_OBJECT）
	if (Z_TYPE_P(val) == IS_ARRAY) {
        // 如果是数组
		myht = Z_ARRVAL_P(val);
     	// options中有JSON_FORCE_OBJECT 就强制输出对象，否则就判断数组是不是自然数组
		r = (options & PHP_JSON_FORCE_OBJECT) ? PHP_JSON_OUTPUT_OBJECT : php_json_determine_array_type(val);
	} else {
		myht = Z_OBJPROP_P(val);
        //对象就是输出对象
		r = PHP_JSON_OUTPUT_OBJECT;
	}

	if (myht && ZEND_HASH_GET_APPLY_COUNT(myht) > 0) {
		encoder->error_code = PHP_JSON_ERROR_RECURSION;
		smart_str_appendl(buf, "null", 4);
		return FAILURE;
	}

	PHP_JSON_HASH_APPLY_PROTECTION_INC(myht);

	if (r == PHP_JSON_OUTPUT_ARRAY) {
        //输出为数组 就用 [ 做开头
		smart_str_appendc(buf, '[');
	} else {
        //输出为对象 就用 { 做开头
		smart_str_appendc(buf, '{');
	}

    // 当前递归的深度
	++encoder->depth;

    // zend_hash_num_elements 返回哈希表中元素的数量
	i = myht ? zend_hash_num_elements(myht) : 0;

	if (i > 0) {
		zend_string *key;
		zval *data;
		zend_ulong index;

        //遍历当前维度的数组 如果当前元素不是数组
		ZEND_HASH_FOREACH_KEY_VAL_IND(myht, index, key, data) {
            // ↓ begin 从这里开始都是判断key怎么处理以及元素末尾怎么处理  ↓↓↓↓
			if (r == PHP_JSON_OUTPUT_ARRAY) {
                //need_comma初始值是0
				if (need_comma) {
					smart_str_appendc(buf, ',');
				} else {
					need_comma = 1;
				}
				//这两个方法是option中有JSON_PRETTY_PRINT的时候才会执行的
				php_json_pretty_print_char(buf, options, '\n');
				php_json_pretty_print_indent(buf, options, encoder);
			} else if (r == PHP_JSON_OUTPUT_OBJECT) {
				if (key) {
					if (ZSTR_VAL(key)[0] == '\0' && ZSTR_LEN(key) > 0 && Z_TYPE_P(val) == IS_OBJECT) {
                        //跳过受保护的属性和私有属性
						/* Skip protected and private members. */
						continue;
					}
 					//need_comma初始值是0
					if (need_comma) {
						smart_str_appendc(buf, ',');
					} else {
						need_comma = 1;
					}

					php_json_pretty_print_char(buf, options, '\n');
					php_json_pretty_print_indent(buf, options, encoder);

                    // 处理字符串属性的key（例如判断key中的中文或者特殊字符的处理）
					if (php_json_escape_string(buf, ZSTR_VAL(key), ZSTR_LEN(key),
								options & ~PHP_JSON_NUMERIC_CHECK, encoder) == FAILURE &&
							(options & PHP_JSON_PARTIAL_OUTPUT_ON_ERROR) &&
							buf->s) {
						ZSTR_LEN(buf->s) -= 4;
						smart_str_appendl(buf, "\"\"", 2);
					}
				} else {
					if (need_comma) {
						smart_str_appendc(buf, ',');
					} else {
						need_comma = 1;
					}

					php_json_pretty_print_char(buf, options, '\n');
					php_json_pretty_print_indent(buf, options, encoder);

					smart_str_appendc(buf, '"');
					smart_str_append_long(buf, (zend_long) index);
					smart_str_appendc(buf, '"');
				}

				smart_str_appendc(buf, ':');
				php_json_pretty_print_char(buf, options, ' ');
			}
			// ↑ end 从这里之前都是判断key怎么处理以及元素末尾怎么处理  ↑↑↑↑

            //继续调用对普通元素编码的 php_json_encode_zval() （实现数组和对象的递归闭环）
			if (php_json_encode_zval(buf, data, options, encoder) == FAILURE &&
					!(options & PHP_JSON_PARTIAL_OUTPUT_ON_ERROR)) {
				PHP_JSON_HASH_APPLY_PROTECTION_DEC(myht);
				return FAILURE;
			}
		} ZEND_HASH_FOREACH_END();
	}

	PHP_JSON_HASH_APPLY_PROTECTION_DEC(myht);

    // 当前深度是否到达了设定的最大深度（默认512）
	if (encoder->depth > encoder->max_depth) {
		encoder->error_code = PHP_JSON_ERROR_DEPTH;
		if (!(options & PHP_JSON_PARTIAL_OUTPUT_ON_ERROR)) {
			return FAILURE;
		}
	}
	--encoder->depth;

	/* Only keep closing bracket on same line for empty arrays/objects */
	if (need_comma) {
		php_json_pretty_print_char(buf, options, '\n');
		php_json_pretty_print_indent(buf, options, encoder);
	}

	if (r == PHP_JSON_OUTPUT_ARRAY) {
		smart_str_appendc(buf, ']');
	} else {
		smart_str_appendc(buf, '}');
	}

	return SUCCESS;
}
/* }}} */

分析

看了源码，我得出了一些结论。

  • 只有 null，布尔值，浮点数，整数，字符串才会被直接编码
  • 对象要么实现 JsonSerializable 并定义一个 jsonSerialize() ，要么就被当成一个数组，只会被处理公开非静态属性
  • json_encode() 并不会直接编码数组和对象，而是会递归遍历出所有可遍历的元素，并处理 key
  • 源码中 php_json_encode_zval() 和 php_json_encode_array() 的相互调用，实现了数组和对象遍历的闭环
  • 引用不会被编码

另外，关于 json_encode() 的 options ，我觉得这里处理的技巧非常有趣，巧妙利用位运算来区别多个常量，有兴趣的慢慢看看研究研究。（提示，将 options 每个常量转成二进制来看，json_encode() 接受多个 option 是按位或 | ）

Demo

>>> $a = [1,2,3,4];
=> [
     1,
     2,
     3,
     4,
   ]
>>> json_encode($a);
=> "[1,2,3,4]"
>>> json_encode((object)$a);
=> "{"0":1,"1":2,"2":3,"3":4}"
>>> json_encode($a,JSON_FORCE_OBJECT);
=> "{"0":1,"1":2,"2":3,"3":4}"
>>> json_encode($a,JSON_FORCE_OBJECT|JSON_PRETTY_PRINT);
=> """
   {\n
       "0": 1,\n
       "1": 2,\n
       "2": 3,\n
       "3": 4\n
   }
   """
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