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怎么使用Python写一个简单的JSONParser

JSONTokenizerJSON的词法分析,我主要是参考上面这个截图里面的方式,自己写了一个简单的示例。写得比较简单,应该说它只能支持JSON的一个简单子集。这里TOKEN的种类,参考了https://json.org,不过它的JSON的语法格式是带whitespace的,我不习惯处理这个,所以没有参考它的语法。经过词法分析之后,过滤掉了空格、换行、制表符,我这里就是简单的丢弃不处理。json_tokenizer.py使用正则表达式来进行JSON的词法分析。importjsonimportrefromt

本文目录

    JSON Tokenizer

    JSON 的词法分析,我主要是参考上面这个截图里面的方式,自己写了一个简单的示例。写得比较简单,应该说它只能支持 JSON 的一个简单子集。

    这里 TOKEN 的种类,参考了 https://json.org,不过它的 JSON 的语法格式是带 whitespace 的,我不习惯处理这个,所以没有参考它的语法。经过词法分析之后,过滤掉了 空格、换行、制表符,我这里就是简单的丢弃不处理。

    json_tokenizer.py

    使用正则表达式来进行 JSON 的词法分析。

    import json
    import re
    
    from typing import Dict, List, Union
    
    
    # TOKEN 的种类
    LEFT_BRACE = "LEFT_BRACE"        # {
    RIGHT_BRACE = "RIGHT_BRACE"      # }
    LEFT_BRACKET = "LEFT_BRACKET"    # ]
    RIGHT_BRACKET = "RIGHT_BRACKET"  # [
    COLON = "COLON"                  # :
    COMMA = "COMMA"                  # ,
    NUMBER = "NUMBER"                # ".*?"
    STRING = "STRING"                # [1-9]\d*
    BOOL = "BOOL"                    # true/false
    NULL = "NULL"                    # null
    NEWLINE = "NEWLINE"            # \n
    SKIP = "SKIP"                    # ' ', '\t'
    MISMATCH = "MISMATCH"            # mismatch
    
    # 处理 token 的正则
    token_specification = [
        ('LEFT_BRACE', r'[{]'),
        ('RIGHT_BRACE', r'[}]'),
        ('LEFT_BRACKET', r'[\[]'),
        ('RIGHT_BRACKET', r'[\]]'),
        ('COLON', r'[:]'),
        ('COMMA', r'[,]'),
        ('NUMBER', r'-?[1-9]+[0-9]*'),
        ('STRING', r'".*?"'),
        ('BOOL', r'(true)|(false)'),
        ('NULL', r'null'),
        ('NEWLINE', r'\n'),
        ('SKIP', r'[ \t]'),
        ('MISMATCH', r'.')
    ]
    
    tok_regex = '|'.join('(?P<%s>%s)' % pair for pair in token_specification)
    print("Debug: ", tok_regex)
    
    
    def process(kind: str, value: str) -> Dict[str, Union[str, bool, int, None]]:
        """
        处理输入的 kind 和 value,并生成 Dict 对象,简单表示 token 对象
        """
        if kind == STRING:
            # 去掉外层的双引号,暂时没有比较好的方式
            return {"kind": kind, "value": value[1:-1]}
        if kind == NUMBER:
            return {"kind": kind, "value": int(value)}
        if kind == BOOL:
            if value == "true":
                return {"kind": kind, "value": True}
            else:
                return {"kind": kind, "value": False}
        if kind == NULL:
            return {"kind": kind, "value": None}
        return {"kind": kind, "value": value}
    
    
    def tokenizer(json_str: str) -> List[Dict[str, Union[str, bool, int, None]]]:
        """
        tokenizer
        """
        tokens = []
        for m in re.finditer(tok_regex, json_str):
            # 获取 token 的类型
            kind = m.lastgroup
            # 获取 token 的值
            value = m.group()
            if kind == MISMATCH:
                raise Exception("json format is error")
            if kind == NEWLINE:
                continue
            if kind == SKIP:
                continue
            token = process(kind=kind, value=value)
            tokens.append(token)
    
        return tokens
    
    
    if __name__ == "__main__":
        json_doc = open("./demo.json", "r", encoding="utf-8").read()
        tokens = tokenizer(json_doc)
        if tokens:
            json.dump(tokens, open("./json_tokens.json", "w",
                                   encoding="utf-8"), ensure_ascii=False)

    我这里把输入、输出数据全部放在文档里面了,下面我贴一下我输入数据和部分输出数据。

    demo.json

    {
        "name": "小黑子",
        "age": 3,
        "gender": false,
        "other_info": {
            "friends": [
                "嘎子",
                "潘叔",
                "狗"
            ],
            "declaration": "练习时长两年半",
            "hobbies": [
                "唱",
                "跳",
                "rap",
                "篮球????"
            ]
        }
    }

    json_token.json 部分数据,数据我格式化了,所以比较长,这里只截取一部分。

    怎么使用Python写一个简单的JSONParser

    JSON Parser

    json_parser.py

    对上一步生成的 token 序列,进行 parser,生成 JSON 对应的 Dict 对象。parser 的实现参考了 antlr4 的 json 语法文件,它去掉了 whitespace,处理起来更简单一点。

    import json
    from typing import Dict, Union
    
    # TOKEN 的种类
    LEFT_BRACE = "LEFT_BRACE"        # {
    RIGHT_BRACE = "RIGHT_BRACE"      # }
    LEFT_BRACKET = "LEFT_BRACKET"    # ]
    RIGHT_BRACKET = "RIGHT_BRACKET"  # [
    COLON = "COLON"                  # :
    COMMA = "COMMA"                  # ,
    NUMBER = "NUMBER"                # ".*?"
    STRING = "STRING"                # [1-9]\d*
    BOOL = "BOOL"                    # true/false
    NULL = "NULL"                    # null
    
    
    class Token(object):
        """为了简单,就不创建这个了"""
    
    
    class JSON_Parser(object):
        """
        JSON_Parser the class aims parse input token sequence into a python object or array.
        """
    
        def __init__(self, tokens) -> None:
            self.index = 0
            self.tokens = tokens
    
        def get_token(self) -> Dict[str, Union[str, int, bool, None]]:
            """
            get current's token
            """
            if self.index < len(self.tokens):
                return self.tokens[self.index]
            else:
                raise Exception("index out of range.")
    
        def move_token(self) -> Dict[str, Union[str, int, bool, None]]:
            """
            move to next token and return it
            """
            if self.index + 1 < len(self.tokens):
                self.index = self.index + 1
                return self.tokens[self.index]
            else:
                raise Exception("index out of range.")
    
        def parse(self):
            """
            parse whole json
            """
            token = self.get_token()
            if token.get("kind") == LEFT_BRACE:
                return self.parse_obj()
            elif token.get("kind") == LEFT_BRACKET:
                return self.parse_arr()
            else:
                raise Exception("error json, neither object or array.")
    
        def parse_obj(self):
            """
            parse object
            """
            obj = {}
            token = self.move_token()
            kind = token.get("kind")
            # '{' '}'
            if kind == RIGHT_BRACE:
                return obj
            # '{' pair (',' pair)* '}'
            name, val = self.parse_pair()
            obj[name] = val
    
            while self.index < len(self.tokens):
                token = self.move_token()
                kind = token.get("kind")
                if kind == COMMA:
                    self.move_token()
                    name, val = self.parse_pair()
                    obj[name] = val
                elif kind == RIGHT_BRACE:
                    return obj
                else:
                    raise Exception("parse object encounter error")
    
        def parse_arr(self):
            """
            parse array
            """
            arr = []
            token = self.move_token()
            kind = token.get("kind")
            # '[' ']'
            if kind == RIGHT_BRACE:
                return arr
            # '[' value (',' value)* ']'
            val = self.parse_value()
            arr.append(val)
    
            while self.index < len(self.tokens):
                token = self.move_token()
                kind = token.get("kind")
                if kind == COMMA:
                    self.move_token()
                    val = self.parse_value()
                    arr.append(val)
                elif kind == RIGHT_BRACKET:
                    return arr
                else:
                    raise Exception("parse array encounter error")
    
        def parse_value(self):
            """
            parse value
            """
            token = self.get_token()
            kind = token.get("kind")
            if kind == LEFT_BRACE:
                return self.parse_obj()
            elif kind == LEFT_BRACKET:
                return self.parse_arr()
            elif kind == STRING or kind == NUMBER or kind == BOOL:
                return token.get("value")
            elif kind == NULL:
                return
            else:
                raise Exception("encounter unexcepted token")
    
        def parse_pair(self):
            """
            parse pair
            """
            token = self.get_token()
            kind = token.get("kind")
            name = token.get("value")
            # STRING ':' value
            if kind == STRING:
                token = self.move_token()
                kind = token.get("kind")
                if kind == COLON:
                    token = self.move_token()
                    return name, self.parse_value()
    
            raise Exception("parse pair encounter error")
    
    
    if __name__ == "__main__":
        # json token 文件路径
        TOKEN_PATH = "./json_tokens.json"
        # 读取 token 序列
        input_tokens = [token for token in json.load(
            open(TOKEN_PATH, "r", encoding="utf-8"))]
        if not input_tokens:
            raise Exception("input token sequence is empty")
    
        # 调试的时候,用来查表的,很方便定位到 index 走到哪一个 token 了
    
        for i, tok in enumerate(input_tokens):
            print(f"debug {i:2d} --> {tok}")
        print("\n===========================================\n")
        parser = JSON_Parser(tokens=input_tokens)
        json_obj = parser.parse()
        # 再将 object 转成 json 并格式化后输出
        print(json.dumps(json_obj, ensure_ascii=False, indent=4))

    输出结果:

    怎么使用Python写一个简单的JSONParser

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