用C 優雅的實現物件到檔案的序列化反序列化

需求

.在寫**的過程中，經常會需要把**層面的物件資料儲存到檔案，而這些資料會以各種格式儲存．例如：json，xml，二進位制等等．最近恰好就需要把物件以二進位制儲存到硬碟．這是乙個很簡單的需求，相比json，xml格式，二進位制是直接把位元組copy到硬碟，沒有中間商賺差價，所以這實現起來相對容易．

實現

struct vec3

.上面是乙個簡單的三維向量結構體，如何把它序列化到檔案呢？

vec3 v;
v.x = 1.0f;
v.y = 2.0f;
v.z = 3.0f;
os.write((const char *)&v, sizeof(vec3));

.上述是序列化vec3物件資料到檔案的**，非常直接．它的記憶體布局是3個浮點型變數緊湊排列，要把它儲存到硬碟，只要從頭到尾按位元組拷貝即可．但是，在實際開發中，要序列化的物件不可能全部都是記憶體緊湊排列的，例如stl容器．

std::vectorvec;

.如果將容器變數從頭到尾拷貝到檔案，必然會出現錯誤．因為容器內部通過乙個指標來訪問儲存的物件，而直接拷貝這個容器，只會把指標拷貝，指標指向的資料卻丟失了．但是，容器提供了乙個可以直接訪問指標指向資料的介面，我們可以通過這個介面得到資料然後直接拷貝．

os.write((const char *)&vec, vec.size() * sizeof(vec3));        //  錯誤, 僅拷貝指標
os.write((const char *)vec.data(), vec.size() * sizeof(vec3));  //  正確, 資料被完全拷貝

.通過這個方法就可以得到正確的拷貝結果了．通常，好的做法是將序列化和反序列化封裝成介面，以便於使用，如何封裝介面，就是這篇文章的主題．

.從上述兩個例子可以發現，對於單體物件和陣列物件，編寫的**是不一樣的，單體物件直接拷貝，陣列物件需要通過.data()取得資料位址再進行拷貝．而考慮到還有巢狀陣列物件std::vector>．對於巢狀陣列序列化的**可能如下：

std::vector> vec2;
for (auto & vec: vec2)

.可以發現，對巢狀陣列物件的序列化**跟上述2種物件又不一樣，考慮到還有n層巢狀的陣列物件．此外，在c++中有乙個可平凡複製的概念，通俗的說，就是可以直接按位元組拷貝的結構稱之為可平凡複製，上述的vec3則是乙個可平凡複製結構，而stl容器則不是可平凡複製結構，除此之外還有更多不可平凡複製且非容器的結構，故此，如果要封裝介面，除了區分單體物件和陣列物件，還要區分可平凡複製和不可平凡複製．

void serialize(std::ostream & os,   const type & val);  //  序列化
void deserialize(std::istream & is,       type & val);  //  反序列化

.上面是比較理想的介面原型，序列化/反序列化各乙個介面，腦補一下，這兩個介面的實現應該是怎樣的？最直接的實現是對每一種型別過載乙個定義，例如：

//  string
void serialize(std::ostream & os, const std::string & val)
//  vectorvoid serialize(std::ostream & os, const std::vector& val)
//  vectorvoid serialize(std::ostream & os, const std::vector& val)
}//  介面呼叫
std::string str;
std::vectorvecint;
std::vectorvecstr;
serialize(os, str);
serialize(os, vecint);
serialize(os, vecstr);

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.從上面可以看出，介面統一，使用方便．但是對每一種型別都過載，要寫的**實在太多了，萬一要序列化乙個多層巢狀陣列，會寫的懷疑人生．借助c++強大的語言特性，這一切都可以一步到位．

//  pod
template , int> n = 0>
void serialize(std::ostream & os, const t & val)
//  容器
template ().begin())> &&
std::is_same_v().end())>, int> n = 0>
void serialize(std::ostream & os, const t & val)
}//  pod
template , int> n = 0>
void deserialize(std::istream & is, t & val)
//  容器
template ().begin())> &&
std::is_same_v().end())>, int> n = 0>
void deserialize(std::istream & is, t & val)
}

.以上實現可序列化任意可平凡拷貝結構，並且也可序列化任意巢狀層數的stl風格陣列．而對於不可平凡複製結構，只需要針對該結構過載即可．借助c++強大的型別推導機制和sfinea機制，可保證型別安全又具備可擴充套件性．

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