JSON：如果你願意一層一層剝開我的心，你會發現…這裡水很深——深入理解JSON

StinsonZhao發表於2017-03-25
JSON

我們先來看一個JS中常見的JS物件序列化成JSON字串的問題，請問，以下JS物件通過JSON.stringify後的字串是怎樣的？先不要急著複製貼上到控制檯，先自己開啟一個程式碼編輯器或者紙，寫寫看，寫完再去仔細對比你的控制檯輸出，如果有誤記得看完全文並評論，哈哈。

var friend={
    firstName: `Good`,
    `lastName`: `Man`,
    `address`: undefined,
    `phone`: ["1234567",undefined],
    `fullName`: function(){
        return this.firstName + ` ` + this.lastName;
    }
};

JSON.stringify(friend);//這一行返回什麼呢？

第二個問題，如果我想在最終JSON字串將這個`friend`的姓名全部變成大寫字母，也就是把”Good”變成”GOOD”，把”Man”變成”MAN”，那麼可以怎麼做？

基於以上兩個問題，我們再追本溯源問一下，JSON究竟是什麼東西？為什麼JSON就是易於資料交換？JSON和JS物件的區別？JS中JSON.parse、JSON.stringify和不常見的toJSON，這幾個函式的引數和處理細節到底是怎樣的？

歡迎進入本次“深挖JSON之旅”，下文將從以下幾個方面去理解JSON：

  • 首先是對“JSON是一種輕量的資料交換格式”的理解；

  • 然後來看經常被混為一談的JSON和JS物件的區別；

  • 最後我們再來看JS中這幾個JSON相關函式具體的執行細節。

希望全文能讓如之前的我一樣對JSON一知半解的親能說清楚JSON是什麼，也能熟練運用JSON，不看控制檯就知道JS物件序列化成JSON字串後輸出是啥。

一、JSON是一種格式，基於文字，優於輕量，用於交換資料

如果沒有去過JSON的官方介紹可以去一下這裡，官方介紹第一、二段已經很清楚地表述了JSON是什麼，我將JSON是什麼提煉成以下幾個方面：

1. 一種資料格式

什麼是格式？就是規範你的資料要怎麼表示，舉個例子，有個人叫“二百六”，身高“160cm”，體重“60kg”，現在你要將這個人的這些資訊傳給別人或者別的什麼東西，你有很多種選擇：

  • 姓名“二百六”，身高“160cm”，體重“60kg”

  • name="二百六"&height="160cm"&weight="60kg"

  • <person><name>二百六</name><height>160</height><weight>60</weight></person>

  • {"name":"二百六","height":160,"weight":60}

  • … …

以上所有選擇，傳遞的資料是一樣的，但是你可以看到形式是可以各式各樣的，這就是各種不同格式化後的資料，JSON是其中一種表示方式。

2. 基於文字的資料格式

JSON是基於文字的資料格式，相對於基於二進位制的資料，所以JSON在傳遞的時候是傳遞符合JSON這種格式(至於JSON的格式是什麼我們第二部分再說)的字串，我們常會稱為“JSON字串”。

3. 輕量級的資料格式

在JSON之前，有一個資料格式叫xml，現在還是廣泛在用，但是JSON更加輕量，如xml需要用到很多標籤，像上面的例子中，你可以明顯看到xml格式的資料中標籤本身佔據了很多空間，而JSON比較輕量，即相同資料，以JSON的格式佔據的頻寬更小，這在有大量資料請求和傳遞的情況下是有明顯優勢的。

4. 被廣泛地用於資料交換

輕量已經是一個用於資料交換的優勢了，但更重要的JSON是易於閱讀、編寫和機器解析的，即這個JSON對人和機器都是友好的，而且又輕，獨立於語言（因為是基於文字的），所以JSON被廣泛用於資料交換。

以前端JS進行ajax的POST請求為例，後端PHP處理請求為例：

  1. 前端構造一個JS物件，用於包裝要傳遞的資料，然後將JS物件轉化為JSON字串，再傳送請求到後端；

  2. 後端PHP接收到這個JSON字串，將JSON字串轉化為PHP物件，然後處理請求。

可以看到，相同的資料在這裡有3種不同的表現形式，分別是前端的JS物件、傳輸的JSON字串、後端的PHP物件，JS物件和PHP物件明顯不是一個東西，但是由於大家用的都是JSON來傳遞資料，大家都能理解這種資料格式，都能把JSON這種資料格式很容易地轉化為自己能理解的資料結構，這就方便啦，在其他各種語言環境中交換資料都是如此。

二、JSON和JS物件之間的“八卦”

很多時候都聽到“JSON是JS的一個子集”這句話，而且這句話我曾經也一直這麼認為，每個符合JSON格式的字串你解析成js都是可以的，直到後來發現了一個奇奇怪怪的東西…

1. 兩個本質不同的東西為什麼那麼密切

JSON和JS物件本質上完全不是同一個東西，就像“斑馬線”和“斑馬”，“斑馬線”基於“斑馬”身上的條紋來呈現和命名，但是斑馬是活的，斑馬線是非生物。

同樣，”JSON”全名”JavaScript Object Notation”，所以它的格式（語法）是基於JS的，但它就是一種格式，而JS物件是一個例項，是存在於記憶體的一個東西。

說句玩笑話，如果JSON是基於PHP的，可能就叫PON了，形式可能就是這樣的了[`propertyOne` => `foo`, `propertyTwo` => 42,]，如果這樣，那麼JSON可能現在是和PHP比較密切了。

此外，JSON是可以傳輸的，因為它是文字格式，但是JS物件是沒辦法傳輸的，在語法上，JSON也會更加嚴格，但是JS物件就很鬆了。

那麼兩個不同的東西為什麼那麼密切，因為JSON畢竟是從JS中演變出來的，語法相近。

2. JSON格式別JS物件語法表現上嚴格在哪

先就以“鍵值對為表現的物件”形式上，對比下兩者的不同，至於JSON還能以怎樣的形式表現，對比完後再羅列。

對比內容 JSON JS物件
鍵名 必須是加雙引號 可允許不加、加單引號、加雙引號
屬性值 只能是數值（10進位制）、字串（雙引號）、布林值和null，
也可以是陣列或者符合JSON要求的物件，
不能是函式、NaN, Infinity, -Infinity和undefined		 愛啥啥
逗號問題 最後一個屬性後面不能有逗號 可以
數值 前導0不能用，小數點後必須有數字 沒限制

可以看到，相對於JS物件，JSON的格式更嚴格，所以大部分寫的JS物件是不符合JSON的格式的。

以下程式碼引用自這裡

var obj1 = {}; // 這只是 JS 物件

// 可把這個稱做：JSON 格式的 JavaScript 物件 
var obj2 = {"width":100,"height":200,"name":"rose"};

// 可把這個稱做：JSON 格式的字串
var str1 = `{"width":100,"height":200,"name":"rose"}`;

// 這個可叫 JSON 格式的陣列，是 JSON 的稍複雜一點的形式
var arr = [
    {"width":100,"height":200,"name":"rose"},
    {"width":100,"height":200,"name":"rose"},
    {"width":100,"height":200,"name":"rose"},
];
        
// 這個可叫稍複雜一點的 JSON 格式的字串     
var str2=`[`+
    `{"width":100,"height":200,"name":"rose"},`+
    `{"width":100,"height":200,"name":"rose"},`+
    `{"width":100,"height":200,"name":"rose"},`+
`]`;

另外，除了常見的“正常的”JSON格式，要麼表現為一個物件形式{...}，要麼表現為一個陣列形式[...]，任何單獨的一個10進位制數值、雙引號字串、布林值和null都是有效符合JSON格式的。

這裡有完整的JSON語法參考

3. 一個有意思的地方，JSON不是JS的子集

首先看下面的程式碼，你可以copy到控制檯執行下：

var code = `"u2028u2029"`;
JSON.parse(code); // works fine
eval(code); // fails

這兩個字元u2028和u2029分別表示行分隔符和段落分隔符，JSON.parse可以正常解析，但是當做js解析時會報錯。

三、這幾個JS中的JSON函式，弄啥嘞

在JS中我們主要會接觸到兩個和JSON相關的函式，分別用於JSON字串和JS資料結構之間的轉化，一個叫JSON.stringify，它很聰明，聰明到你寫的不符合JSON格式的JS物件都能幫你處理成符合JSON格式的字串，所以你得知道它到底幹了什麼，免得它只是自作聰明，然後讓你Debug long time；另一個叫JSON.parse，用於轉化json字串到JS資料結構，它很嚴格，你的JSON字串如果構造地不對，是沒辦法解析的。

而它們的引數不止一個，雖然我們經常用的時候只傳入一個引數。

此外，還有一個toJSON函式，我們較少看到，但是它會影響JSON.stringify。

1. 將JS資料結構轉化為JSON字串 —— JSON.stringify

這個函式的函式簽名是這樣的：

JSON.stringify(value[, replacer [, space]])

下面將分別展開帶1~3個引數的用法，最後是它在序列化時做的一些“聰明”的事，要特別注意。

1.1 基本使用 —— 僅需一個引數

這個大家都會使用，傳入一個JSON格式的JS物件或者陣列，JSON.stringify({"name":"Good Man","age":18})返回一個字串"{"name":"Good Man","age":18}"。

可以看到本身我們傳入的這個JS物件就是符合JSON格式的，用的雙引號，也沒有JSON不接受的屬性值，那麼如果像開頭那個例子中的一樣，how to play？不急，我們先舉簡單的例子來說明這個函式的幾個引數的意義，再來說這個問題。

1.2 第二個引數可以是函式，也可以是一個陣列

  • 如果第二個引數是一個函式，那麼序列化過程中的每個屬性都會被這個函式轉化和處理

  • 如果第二個引數是一個陣列，那麼只有包含在這個陣列中的屬性才會被序列化到最終的JSON字串中

  • 如果第二個引數是null，那作用上和空著沒啥區別，但是不想設定第二個引數，只是想設定第三個引數的時候，就可以設定第二個引數為null

這第二個引數若是函式

var friend={
    "firstName": "Good",
    "lastName": "Man",
    "phone":"1234567",
    "age":18
};

var friendAfter=JSON.stringify(friend,function(key,value){
    if(key==="phone")
        return "(000)"+value;
    else if(typeof value === "number")
        return value + 10;
    else
        return value; //如果你把這個else分句刪除，那麼結果會是undefined
});

console.log(friendAfter);
//輸出：{"firstName":"Good","lastName":"Man","phone":"(000)1234567","age":28}

如果制定了第二個引數是函式，那麼這個函式必須對每一項都有返回，這個函式接受兩個引數，一個鍵名，一個是屬性值，函式必須針對每一個原來的屬性值都要有新屬性值的返回。

那麼問題來了，如果傳入的不是鍵值對的物件形式，而是方括號的陣列形式呢？，比如上面的friend變成這樣：friend=["Jack","Rose"]，那麼這個逐屬性處理的函式接收到的key和value又是什麼？如果是陣列形式，那麼key是索引，而value是這個陣列項，你可以在控制檯在這個函式內部列印出來這個key和value驗證，記得要返回value，不然會出錯。

這第二個引數若是陣列

var friend={
    "firstName": "Good",
    "lastName": "Man",
    "phone":"1234567",
    "age":18
};

//注意下面的陣列有一個值並不是上面物件的任何一個屬性名
var friendAfter=JSON.stringify(friend,["firstName","address","phone"]);

console.log(friendAfter);
//{"firstName":"Good","phone":"1234567"}
//指定的“address”由於沒有在原來的物件中找到而被忽略

如果第二個引數是一個陣列，那麼只有在陣列中出現的屬性才會被序列化進結果字串，只要在這個提供的陣列中找不到的屬性就不會被包含進去，而這個陣列中存在但是源JS物件中不存在的屬性會被忽略，不會報錯。

1.3 第三個引數用於美化輸出 —— 不建議用

指定縮排用的空白字元，可以取以下幾個值：

  • 是1-10的某個數字，代表用幾個空白字元

  • 是字串的話，就用該字串代替空格，最多取這個字串的前10個字元

  • 沒有提供該引數 等於 設定成null 等於 設定一個小於1的數

var friend={
    "firstName": "Good",
    "lastName": "Man",
    "phone":{"home":"1234567","work":"7654321"}
};

//直接轉化是這樣的：
//{"firstName":"Good","lastName":"Man","phone":{"home":"1234567","work":"7654321"}}

var friendAfter=JSON.stringify(friend,null,4);
console.log(friendAfter);
/*
{
    "firstName": "Good",
    "lastName": "Man",
    "phone": {
        "home": "1234567",
        "work": "7654321"
    }
}
*/

var friendAfter=JSON.stringify(friend,null,"HAHAHAHA");
console.log(friendAfter);
/*
{
HAHAHAHA"firstName": "Good",
HAHAHAHA"lastName": "Man",
HAHAHAHA"phone": {
HAHAHAHAHAHAHAHA"home": "1234567",
HAHAHAHAHAHAHAHA"work": "7654321"
HAHAHAHA}
}
*/

var friendAfter=JSON.stringify(friend,null,"WhatAreYouDoingNow");
console.log(friendAfter);
/* 最多隻取10個字元
{
WhatAreYou"firstName": "Good",
WhatAreYou"lastName": "Man",
WhatAreYou"phone": {
WhatAreYouWhatAreYou"home": "1234567",
WhatAreYouWhatAreYou"work": "7654321"
WhatAreYou}
}
*/

笑笑就好，別這樣用，序列化是為了傳輸，傳輸就是能越小越好，加莫名其妙的縮排符，解析困難（如果是字串的話），也弱化了輕量化這個特點。。

1.4 注意這個函式的“小聰明”（重要）

如果有其他不確定的情況，那麼最好的辦法就是”Have a try”，控制檯做下實驗就明瞭。

  • 鍵名不是雙引號的（包括沒有引號或者是單引號），會自動變成雙引號；字串是單引號的，會自動變成雙引號

  • 最後一個屬性後面有逗號的，會被自動去掉

  • 非陣列物件的屬性不能保證以特定的順序出現在序列化後的字串中
    這個好理解，也就是對非陣列物件在最終字串中不保證屬性順序和原來一致

  • 布林值、數字、字串的包裝物件在序列化過程中會自動轉換成對應的原始值
    也就是你的什麼new String("bala")會變成"bala"，new Number(2017)會變成2017

  • undefined、任意的函式（其實有個函式會發生神奇的事，後面會說）以及 symbol 值（symbol詳見ES6對symbol的介紹）

    • 出現在非陣列物件的屬性值中：在序列化過程中會被忽略

    • 出現在陣列中時：被轉換成 null

JSON.stringify({x: undefined, y: function(){return 1;}, z: Symbol("")});
//出現在非陣列物件的屬性值中被忽略："{}"
JSON.stringify([undefined, Object, Symbol("")]);
//出現在陣列物件的屬性值中，變成null："[null,null,null]"

  • NaN、Infinity和-Infinity，不論在陣列還是非陣列的物件中，都被轉化為null

  • 所有以 symbol 為屬性鍵的屬性都會被完全忽略掉，即便 replacer 引數中強制指定包含了它們

  • 不可列舉的屬性會被忽略

2. 將JSON字串解析為JS資料結構 —— JSON.parse

這個函式的函式簽名是這樣的：

JSON.parse(text[, reviver])

如果第一個引數，即JSON字串不是合法的字串的話，那麼這個函式會丟擲錯誤，所以如果你在寫一個後端返回JSON字串的指令碼，最好呼叫語言本身的JSON字串相關序列化函式，而如果是自己去拼接實現的序列化字串，那麼就尤其要注意序列化後的字串是否是合法的，合法指這個JSON字串完全符合JSON要求的嚴格格式。

值得注意的是這裡有一個可選的第二個引數，這個引數必須是一個函式，這個函式作用在屬性已經被解析但是還沒返回前，將屬性處理後再返回。

var friend={
    "firstName": "Good",
    "lastName": "Man",
    "phone":{"home":"1234567","work":["7654321","999000"]}
};

//我們先將其序列化
var friendAfter=JSON.stringify(friend);
//`{"firstName":"Good","lastName":"Man","phone":{"home":"1234567","work":["7654321","999000"]}}`

//再將其解析出來，在第二個引數的函式中列印出key和value
JSON.parse(friendAfter,function(k,v){
    console.log(k);
    console.log(v);
    console.log("----");
});
/*
firstName
Good
----
lastName
Man
----
home
1234567
----
0
7654321
----
1
999000
----
work
[]
----
phone
Object
----

Object
----
*/

仔細看一下這些輸出，可以發現這個遍歷是由內而外的，可能由內而外這個詞大家會誤解，最裡層是內部陣列裡的兩個值啊，但是輸出是從第一個屬性開始的，怎麼就是由內而外的呢？

這個由內而外指的是對於複合屬性來說的，通俗地講，遍歷的時候，從頭到尾進行遍歷，如果是簡單屬性值（數值、字串、布林值和null），那麼直接遍歷完成，如果是遇到屬性值是物件或者陣列形式的，那麼暫停，先遍歷這個子JSON，而遍歷的原則也是一樣的，等這個複合屬性遍歷完成，那麼再完成對這個屬性的遍歷返回。

本質上，這就是一個深度優先的遍歷。

有兩點需要注意：

  • 如果 reviver 返回 undefined，則當前屬性會從所屬物件中刪除，如果返回了其他值，則返回的值會成為當前屬性新的屬性值。

  • 你可以注意到上面例子最後一組輸出看上去沒有key，其實這個key是一個空字串，而最後的object是最後解析完成物件，因為到了最上層，已經沒有真正的屬性了。

3. 影響 JSON.stringify 的神奇函式 —— object.toJSON

如果你在一個JS物件上實現了toJSON方法，那麼呼叫JSON.stringify去序列化這個JS物件時，JSON.stringify會把這個物件的toJSON方法返回的值作為引數去進行序列化。

var info={
    "msg":"I Love You",
    "toJSON":function(){
        var replaceMsg=new Object();
        replaceMsg["msg"]="Go Die";
        return replaceMsg;
    }
};

JSON.stringify(info);
//出si了，返回的是：`"{"msg":"Go Die"}"`,說好的忽略函式呢

這個函式就是這樣子的。

其實Date型別可以直接傳給JSON.stringify做引數，其中的道理就是，Date型別內建了toJSON方法。

四、小結以及關於相容性的問題

到這裡終於把，JSON和JS中的JSON，梳理了一遍，也對裡面的細節和注意點進行了一次遍歷，知道JSON是一種語法上衍生於JS語言的一種輕量級的資料交換格式，也明白了JSON相對於一般的JS資料結構（尤其是物件）的差別，更進一步，仔細地討論了JS中關於JSON處理的3個函式和細節。

不過遺憾的是，以上所用的3個函式，不相容IE7以及IE7之前的瀏覽器。有關相容性的討論，留待之後吧。如果想直接在應用上解決相容性，那麼可以套用JSON官方的js，可以解決。

如有紕漏，歡迎留言指出。

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