分享基于.NET动态编译&Newtonsoft.Json封装实现JSON转换器（JsonConverter）原理及JSON操作技巧

　　看文章标题就知道，本文的主题就是关于JSON，JSON转换器（JsonConverter）具有将C#定义的类源代码直接转换成对应的JSON字符串，以及将JSON字符串转换成对应的C#定义的类源代码，而JSON操作技巧则说明如何通过JPath来快速的定位JSON的属性节点从而达到灵活读写JSON目的。

一、JSON转换器（JsonConverter）使用及原理介绍篇

　　现在都流行微服务，前后端分离，而微服务之间、前后端之间数据交互更多的是基于REST FUL风格的API，API的请求与响应一般常用格式都是JSON。当编写了一些API后，为了能够清楚的描述API的请求及响应数据格式（即：JSON格式），以便提供给API服务的消费者（其它微服务、前端）开发人员进行对接开发，通常是编写API说明文档，说明文档中一般包含入参JSON格式说明以及响应的JSON格式说明示例，但如果API涉及数目较多，全由开发人员人工编写，那效率就非常低下，而且不一定准确。于是就有了Swagger，在API项目中集成swagger组件，就会由swagger根据API的ACTION方法定义及注解生成标准的在线API说明文档，具体用法请参见网上相关文章说明。当然除了swagger还有其它类似的集成式的生成在线API说明文档，大家有兴趣的话可以去网上找找资源。虽说swagger组件确实解放了开发人员的双手，无需人工编写就自动生成在线API文档，但我认为还是有一些不足，或者说是不太方便的地方：一是必需集成到API项目中，与API项目本身有耦合与依赖，无法单独作为API帮助文档项目，在有些情况下可能并不想依赖swagger，不想时刻把swagger生成API文档暴露出来；二是目前都是生成的在线API文档，如果API在某些网络环境下不可访问（比如：受限），那在线的API文档基本等同于没用，虽说swagger也可以通过复杂的配置或改造支持导出离线的API文档，但总归是有一定的学习成本。那有没有什么替代方案能解决swagger类似的在线API文档的不足，又避免人工低效编写的状况呢？可能有，我（梦在旅途）没了解过，但我为了解决上述问题，基于.NET动态编译&Newtonsoft.Json封装实现了一个JSON转换器（JsonConverter），采用人工编写+JSON自动生成的方式来实现灵活、快速、离线编写API说明文档。

先来看一下JsonConverter工具的界面吧，如下图示：

工具界面很简单，下面简要说明一下操作方法：

class类源代码转换成Json字符串：先将项目中定义的class类源代码复制粘贴到Class Code文本框区域【注意：若有继承或属性本身又是另一个类，则相关的class类定义源代码均应一同复制，using合并，namespace允许多个，目的是确保可以动态编译通过】，然后点击上方的【Parse】按钮，以便执行动态编译并解析出Class Code文本框区域中所包含的class Type，最后选择需要生成JSON的class Type，点击中间的【To Json】按钮，即可将选择的class Type 序列化生成JSON字符串并展示在右边的Json String文本框中；

示例效果如下图示：(支持继承，复杂属性)

有了这个功能以后，API写好后，只需要把ACTION方法的入参class源代码复制过来然后进行class to JSON转换即可快速生成入参JSON，不论是自己测试还是写文档都很方便。建议使用markdown语法来编写API文档。

Json字符串转换成class类定义源代码：先将正确的JSON字符串复制粘贴到Json String文本框中，然后直接点击中间的【To Class】按钮，弹出输入要生成的class名对话框，输入后点击确定就执行转换逻辑，最终将转换成功的class定义源代码展示在左边的Class Code文本框区域中；

示例效果如下图示：（支持复杂属性，能够递归生成JSON所需的子类，类似如下的Address，注意暂不支持数组嵌套数组这种非常规的格式，即：[ [1,2,3],[4,5,6] ]）

JsonConverter工具实现原理及代码说明：

class Code To Json 先利用.NET动态编译程序集的方式，把class Code动态编译成一个内存的临时程序集Assembly，然后获得该Assembly中的Class Type,最后通过反射创建一个Class Type空实例，再使用Newtonsoft.Json 序列化成JSON字符串即可。

动态编译是：Parse，序列化是：ToJsonString，需要关注的点是：动态编译时，需要引用相关的.NET运行时DLL，而这些DLL必需在工具的根目录下，否则可能导致引用找不到DLL导致编译失败，故项目中引用了常见的几个DLL，并设置了复制到输出目录中，如果后续有用到其它特殊的类型同样参照该方法先把DLL包含到项目中，并设置复制到输出目录中，然后在动态编译代码中使用cp.ReferencedAssemblies.Add("XXXX.dll");进行添加。核心代码如下：

        private List<string> Parse(string csCode)
        {

            var provider = new CSharpCodeProvider();
            var cp = new CompilerParameters();
            cp.GenerateExecutable = false;
            cp.GenerateInMemory = true;
            cp.IncludeDebugInformation = false;
            //cp.ReferencedAssemblies.Add("mscorlib.dll");
            cp.ReferencedAssemblies.Add("System.dll");
            cp.ReferencedAssemblies.Add("System.Data.dll");
            cp.ReferencedAssemblies.Add("System.Linq.dll");
            cp.ReferencedAssemblies.Add("System.ComponentModel.DataAnnotations.dll");
            cp.ReferencedAssemblies.Add("Newtonsoft.Json.dll");

            CompilerResults result = provider.CompileAssemblyFromSource(cp, csCode);
            List<string> errList = new List<string>();
            if (result.Errors.Count > 0)
            {
                foreach (CompilerError err in result.Errors)
                {
                    errList.Add(string.Format("Line:{0},ErrorNumber:{1},ErrorText:{2}", err.Line, err.ErrorNumber, err.ErrorText));
                }

                MessageBox.Show("Compile error:\n" + string.Join("\n", errList));
                return null;
            }

            dyAssembly = result.CompiledAssembly;

            return dyAssembly.GetTypes().Select(t => t.FullName).ToList();
        }

        private string ToJsonString(string targetType)
        {
            if (dyAssembly == null)
            {
                MessageBox.Show("dyAssembly is null!");
                return null;
            }
            var type = dyAssembly.GetType(targetType);
            var typeConstructor = type.GetConstructor(Type.EmptyTypes);
            var obj = typeConstructor.Invoke(null);
            return JsonConvert.SerializeObject(obj, Formatting.Indented, new JsonSerializerSettings { DateFormatString = "yyyy-MM-dd HH:mm:ss" });
        }

　Json to Class code 先使用JObject.Parse将json字符串转换为通用的JSON类型实例，然后直接通过获取所有JSON属性集合并遍历这些属性，通过判断属性节点的类型，若是子JSON类型【即：JObject】则创建对象属性字符串 同时递归查找子对象，若是数组类型【即：JArray】则创建List集合属性字符串，同时进一步判断数组的元素类型，若是子JSON类型【即：JObject】则仍是递归查找子对象，最终拼接成所有类及其子类的class定义源代码字符串。核心代码如下：

   private string ToClassCode(JObject jObject, string className)
        {
            var classCodes = new Dictionary<string, string>();
            classCodes.Add(className, BuildClassCode(jObject, className, classCodes));

            StringBuilder codeBuidler = new StringBuilder();
            foreach (var code in classCodes)
            {
                codeBuidler.AppendLine(code.Value);
            }

            return codeBuidler.ToString();

        }

        private Dictionary<JTokenType, string> jTokenBaseTypeMappings = new Dictionary<JTokenType, string> {
            { JTokenType.Integer,"int" },{ JTokenType.Date,"DateTime" },{ JTokenType.Bytes,"byte[]"},{ JTokenType.Boolean,"bool"},{ JTokenType.String,"string"},
            { JTokenType.Null,"object"},{ JTokenType.Float,"float"},{ JTokenType.TimeSpan,"long"}
        };

        private string BuildClassCode(JObject jObject, string className, Dictionary<string, string> classCodes)
        {
            StringBuilder classBuidler = new StringBuilder();
            classBuidler.Append("public class " + className + " \r\n { \r\n");
            foreach (var jProp in jObject.Properties())
            {
                string propClassName = "object";

                if (jProp.Value.Type == JTokenType.Object)
                {

                    if (jProp.Value.HasValues)
                    {
                        propClassName = GetClassName(jProp.Name);
                        if (classCodes.ContainsKey(propClassName))
                        {
                            propClassName = className + propClassName;
                        }

                        classCodes.Add(propClassName, BuildClassCode((JObject)jProp.Value, propClassName, classCodes));
                    }

                    classBuidler.AppendFormat("public {0} {1} {2}\r\n", propClassName, jProp.Name, "{get;set;}");
                }
                else if (jProp.Value.Type == JTokenType.Array)
                {
                    if (jProp.Value.HasValues)
                    {
                        var jPropArrItem = jProp.Value.First;
                        if (jPropArrItem.Type == JTokenType.Object)
                        {
                            propClassName = GetClassName(jProp.Name);
                            if (classCodes.ContainsKey(propClassName))
                            {
                                propClassName = className + propClassName;
                            }
                            propClassName += "Item";

                            classCodes.Add(propClassName, BuildClassCode((JObject)jPropArrItem, propClassName, classCodes));
                        }
                        else
                        {
                            if (jTokenBaseTypeMappings.ContainsKey(jPropArrItem.Type))
                            {
                                propClassName = jTokenBaseTypeMappings[jPropArrItem.Type];
                            }
                            else
                            {
                                propClassName = jPropArrItem.Type.ToString();
                            }
                        }
                    }

                    classBuidler.AppendFormat("public List<{0}> {1} {2}\r\n", propClassName, jProp.Name, "{get;set;}");

                }
                else
                {
                    if (jTokenBaseTypeMappings.ContainsKey(jProp.Value.Type))
                    {
                        propClassName = jTokenBaseTypeMappings[jProp.Value.Type];
                    }
                    else
                    {
                        propClassName = jProp.Value.Type.ToString();
                    }

                    classBuidler.AppendFormat("public {0} {1} {2} \r\n", propClassName, jProp.Name, "{get;set;}");
                }

            }

            classBuidler.Append("\r\n } \r\n");

            return classBuidler.ToString();
        }

　把JSON字符串转换为class类源代码，除了我这个工具外，网上也有一些在线的转换网页可以使用，另外我再分享一个小技巧，即：直接利用VS的编辑-》【选择性粘贴】，然后选择粘贴成JSON类或XML即可，菜单位置：

通过这种粘贴到JSON与我的这个工具的效果基本相同，只是多种选择而矣。

JsonConverter工具已开源并上传至GitHub，地址：https://github.com/zuowj/JsonConverter

二、JSON操作技巧篇

下面再讲讲JSON数据的读写操作技巧。

一般操作JSON，大多要么是把class类的实例数据序列化成JSON字符串，以便进行网络传输，要么是把JSON字符串反序列化成class类的数据实例，以便可以在程序获取这些数据。然而其实还有一些不常用的场景，也是与JSON有关，详见如下说明。

 场景一：如果已有JSON字符串，现在需要获得指定属性节点的数据，且指定的属性名不确定，由外部传入或逻辑计算出来的【即：不能直接在代码中写死要获取的属性逻辑】，那么这时该如何快速的按需获取任意JSON节点的数据呢？

常规解决方案：先反序列化成某个class的实例对象（或JObject实例对象），然后通过反射获取属性，并通过递归及比对属性名找出最终的属性，最后返回该属性的值。

场景二：如果已有某个class实例对象数据，现在需要动态更改指定属性节点的数据【即动态给某个属性赋值】，该如何操作呢？

常规解决方案：通过反射获取属性，并通过递归及比对属性名找出最终的属性，最后通过反射给该属性设置值。

场景三：如果已有JSON字符串，现在需要动态添加新属性节点，该属性节点可以是任意嵌套子对象的属性节点中，该如何操作呢？

常规解决方案：先反序列化成JObject实例对象，然后递归查找目标位置，最后在指定的位置创建新的属性节点。

三种场景归纳一下其实就是需要对JSON的某个属性节点数据可以快速动态的增、改、删、查操作，然而常规则解决方案基本上都是需要靠递归+反射+比对，运行性能可想而知，而我今天分享的JSON操作技巧就是解决上述问题的。

重点来了，我们可以通过JPath表达式来快速定位查找JSON的属性节点，就像XML利用XPath一样查找DOM节点。

JPath表达式是什么呢？ 详见：https://goessner.net/articles/JsonPath/  ，Xpath与JSONPath对比用法如下图示（图片来源于https://goessner.net/articles/JsonPath/文中）：

代码中如何使用JPath表达式呢？使用JObject.SelectTokens 或 SelectToken方法即可，我们可以使用SelectTokens("jpath")表达式直接快速定位指定的属性节点，然后就可以获得该属性节点的值，若需要该属性设置值，则可以通过该节点找到对应的所属属性信息进行设置值即可，而动态根据指定位置【一般是某个属性节点】添加一个新的属性节点，则可以直接使用JToken的AddBeforeSelf、AddAfterSelf在指定属性节点的前面或后面创建同级新属性节点，是不是非常简单。原理已说明，最后贴出已封装好的实现代码：

using Newtonsoft.Json.Linq;
using System;
using System.Collections.Generic;
using System.Linq;

namespace Zuowj.EasyUtils
{
    /// <summary>
    /// JObject扩展类
    /// author:zuowenjun
    /// 2019-6-15
    /// </summary>
    public static class JObjectExtensions
    {

        /// <summary>
        /// 根据Jpath查找JSON指定的属性节点值
        /// </summary>
        /// <param name="jObj"></param>
        /// <param name="fieldPath"></param>
        /// <returns></returns>
        public static IEnumerable<JToken> FindJsonNodeValues(this JObject jObj, string fieldPath)
        {
            var tks = jObj.SelectTokens(fieldPath, true);

            List<JToken> nodeValues = new List<JToken>();
            foreach (var tk in tks)
            {
                if (tk is JProperty)
                {
                    var jProp = tk as JProperty;
                    nodeValues.Add(jProp.Value);
                }
                else
                {
                    nodeValues.Add(tk);
                }
            }

            return nodeValues;
        }

        /// <summary>
        /// 根据Jpath查找JSON指定的属性节点并赋值
        /// </summary>
        /// <param name="jObj"></param>
        /// <param name="fieldPath"></param>
        /// <param name="value"></param>
        public static void SetJsonNodeValue(this JObject jObj, string fieldPath, JToken value)
        {
            var tks = jObj.SelectTokens(fieldPath, true);

            JArray targetJArray = null;
            List<int> arrIndexs = new List<int>();
            foreach (var tk in tks)
            {
                JProperty jProp = null;
                if (tk is JProperty)
                {
                    jProp = tk as JProperty;
                }
                else if (tk.Parent is JProperty)
                {
                    jProp = (tk.Parent as JProperty);
                }
                else if (tk.Parent is JObject)
                {
                    jProp = (tk.Parent as JObject).Property(tk.Path.Substring(tk.Path.LastIndexOf('.') + 1));
                }

                if (jProp != null)
                {
                    jProp.Value = value;
                }
                else if (tk.Parent is JArray) //注意不能直接在for循环中对JArray元素赋值，否则会导致报错
                {
                    targetJArray = tk.Parent as JArray;
                    arrIndexs.Add(targetJArray.IndexOf(tk));
                }
                else
                {
                    throw new Exception("无法识别的元素");
                }
            }

            //单独对找到的数组元素进行重新赋值
            if (targetJArray != null && arrIndexs.Count > 0)
            {
                foreach (int i in arrIndexs)
                {
                    targetJArray[i] = value;
                }
            }
        }

        /// <summary>
        /// 在指定的JPath的属性节点位置前或后创建新的属性节点
        /// </summary>
        /// <param name="jObj"></param>
        /// <param name="fieldPath"></param>
        /// <param name="name"></param>
        /// <param name="value"></param>
        /// <param name="addBefore"></param>
        /// <returns></returns>
        public static void AppendJsonNode(this JObject jObj, string fieldPath, string name, JToken value, bool addBefore = false)
        {
            var nodeValues = FindJsonNodeValues(jObj, fieldPath);

            if (nodeValues == null || !nodeValues.Any()) return;

            foreach (var node in nodeValues)
            {
                var targetNode = node;
                if (node is JObject) //注意只能对普能单值 的JToken对象（JProptery）允许添加，若不是则应找对应的属性信息
                {
                    targetNode = node.Parent;
                }

                var jProp = new JProperty(name, value);
                if (addBefore)
                {
                    targetNode.AddBeforeSelf(jProp);
                }
                else
                {
                    targetNode.AddAfterSelf(jProp);
                }
            }
        }
    }
}

用法示例如下代码：

            var jsonObj = new
            {
                Root = new
                {
                    Lv1 = new
                    {
                        col1 = 123,
                        col2 = true,
                        col3 = new
                        {
                            f1 = "aa",
                            f2 = "bb",
                            f3 = "cc",
                            Lv2 = new
                            {
                                flv1 = 1,
                                flv2 = "flv2-2"
                            }
                        }
                    }
                },
                Main = new[] {
                    new{
                        mf1="x",
                        mf2="y",
                        mf3=123
                    },
                    new{
                        mf1="x2",
                        mf2="y2",
                        mf3=225
                    }
                }
            };

            string json = JsonConvert.SerializeObject(jsonObj, Formatting.Indented);

            Console.WriteLine("JSON1:" + json);

            var jObj = JObject.FromObject(jsonObj); //JObject.Parse(json);

            var findResult = jObj.FindJsonNodeValues("Root.Lv1.col3.Lv2.*");
            Console.WriteLine("FindJsonNodeValues:" + string.Join(",", findResult));

            jObj.SetJsonNodeValue("Main[*].mf2", "*changed value*");
            json = JsonConvert.SerializeObject(jObj, Formatting.Indented);
            Console.WriteLine("JSON2:" + json);

            jObj.AppendJsonNode("Root.Lv1.col3.Lv2", "LV2-New", JObject.FromObject(new {flv21="a2",flv22=221,flv23=true }));
           // jObj.AppendJsonNode("Root.Lv1.col3.Lv2", "LV2-2","single value");
            json = JsonConvert.SerializeObject(jObj, Formatting.Indented);
            Console.WriteLine("JSON3:" + json);

            Console.ReadKey();

　控制台输出的结果如下：可以观察JSON1（原JSON），JSON2（改变了JSON值）,JSON3（增加了JSON属性节点）

JSON1:{
  "Root": {
    "Lv1": {
      "col1": 123,
      "col2": true,
      "col3": {
        "f1": "aa",
        "f2": "bb",
        "f3": "cc",
        "Lv2": {
          "flv1": 1,
          "flv2": "flv2-2"
        }
      }
    }
  },
  "Main": [
    {
      "mf1": "x",
      "mf2": "y",
      "mf3": 123
    },
    {
      "mf1": "x2",
      "mf2": "y2",
      "mf3": 225
    }
  ]
}
FindJsonNodeValues:1,flv2-2
JSON2:{
  "Root": {
    "Lv1": {
      "col1": 123,
      "col2": true,
      "col3": {
        "f1": "aa",
        "f2": "bb",
        "f3": "cc",
        "Lv2": {
          "flv1": 1,
          "flv2": "flv2-2"
        }
      }
    }
  },
  "Main": [
    {
      "mf1": "x",
      "mf2": "*changed value*",
      "mf3": 123
    },
    {
      "mf1": "x2",
      "mf2": "*changed value*",
      "mf3": 225
    }
  ]
}
JSON3:{
  "Root": {
    "Lv1": {
      "col1": 123,
      "col2": true,
      "col3": {
        "f1": "aa",
        "f2": "bb",
        "f3": "cc",
        "Lv2": {
          "flv1": 1,
          "flv2": "flv2-2"
        },
        "LV2-New": {
          "flv21": "a2",
          "flv22": 221,
          "flv23": true
        }
      }
    }
  },
  "Main": [
    {
      "mf1": "x",
      "mf2": "*changed value*",
      "mf3": 123
    },
    {
      "mf1": "x2",
      "mf2": "*changed value*",
      "mf3": 225
    }
  ]
}

　好了，本文的内容就分享到这里。更多以往的编码实用技巧详见：《近期开发项目中用到的编码小技巧汇总说明(二)》；

温馨提示：近期还会分期更多编程实用技能，欢迎关注评论，谢谢！