データ記述フォーマットJSON

JSON

JavaScriptやPythonなどと親和性の高いデータ記述フォーマット。Ajaxなどで使われたりするほか、MongoDBなどのNoSQLデータベースでも使われる。

以下は具体例。

{
    "Japan": [ "yen", 50 ],
    "EU": {
        "Germany": [ "euro", 100 ],
        "UK": ["pound", 200 ]
    }
}

詳しくは以下が参考になる。

• 非エンジニアに贈る「具体例でさらっと学ぶJSON」 ｜ DevelopersIO

jqコマンド

jqコマンドは、JSONを操作するための便利なコマンド。curlなどとともに使用する。

• jq コマンドを使う日常のご紹介 #AWS - Qiita
• 【jqコマンド】JSONをLinuxで扱うコマンドの使い方 - Zenn

curlも参照のこと。

PyhtonからJSONを扱う

PythonからJSON形式のデータを扱うには、jsonというAPIを使う。

PythonオブジェクトをJSONデータにエンコーディングするにはjson.dumps()を使う（直列化）。

JSONデータをPythonオブジェクトにデコーディングするにはjson.loads()を使う（脱直列化）。

• json --- JSON エンコーダおよびデコーダ — Python 3.9.4 ドキュメント

シリアライズも参照のこと。

最近はJSON形式のデータが増えてきた

Ruby on RailsのようなWebフレームワークでは、人間が読むHTMLを出力する代わりに、機械が読むためのJSONデータを吐き出すことができる。

こうした単純なWeb上のJSONデータ以外にも、Web APIであるSOAPやRESTを使うことで、Web上のさまざまなデータをネットワーク経由で取得し、操作し、処理することができる。特に、RESTではJSON形式が一般的に利用されている（一応XMLにも対応している）。

JSONは以前XMLが使われていていたAjaxの「インタラクティブWebアプリ」でも、XMLの代わりとなるシンプルなデータ記述フォーマットとなっている。

また、ドキュメント指向データベースのMongoDBではJSONライクなデータ構造が格納できる。JavaScriptやPythonとも親和性が高い。

このような特徴から、DOMでXMLを操作したり、SQLクエリでデータベースにデータを格納したり、MS-Excelファイルを編集したりする従来のフォーマットから、徐々にJSONへと移行していくものだと思われる。

JSONのサンプルは以下が参考になる。

• JSON入門 - とほほのWWW入門

YouTubeの入門動画

以下はYouTubeの入門動画。

• JSON - YouTube

AIによるサンプル

C++による簡易的JSONパーサー

以下はGoogleのAIが書いた、C++による簡易的なJSONパーサー。ただし、ネストされたオブジェクトや配列、nullには未対応で、エラーチェックもほぼなし。

#include <iostream>
#include <string>
#include <unordered_map>
#include <vector>
#include <sstream>

// JSONの値の種類を定義
enum class JsonType { STRING, NUMBER, BOOL, OBJECT };

// JSONの値を格納する構造体（簡易版）
struct JsonValue {
    JsonType type;
    std::string string_val;
    int int_val = 0;
    bool bool_val = false;
    std::unordered_map<std::string, JsonValue> object_val;
};

// スペースを飛ばす関数
void skipWhitespace(const std::string& json, size_t& pos) {
    while (pos < json.length() && isspace(json[pos])) {
        pos++;
    }
}

// 文字列を解析する関数 ("..."部分)
std::string parseString(const std::string& json, size_t& pos) {
    pos++; // '"' を飛ばす
    size_t start = pos;
    pos = json.find('"', start);
    std::string result = json.substr(start, pos - start);
    pos++; // '"' を飛ばす
    return result;
}

// JSONObjectを解析する関数
std::unordered_map<std::string, JsonValue> parseObject(const std::string& json, size_t& pos) {
    std::unordered_map<std::string, JsonValue> object;
    pos++; // '{' を飛ばす
    skipWhitespace(json, pos);

    while (pos < json.length() && json[pos] != '}') {
        skipWhitespace(json, pos);
        if (json[pos] == '"') {
            std::string key = parseString(json, pos);
            skipWhitespace(json, pos);
            if (json[pos] == ':') {
                pos++; // ':' を飛ばす
                skipWhitespace(json, pos);
                
                // 値の解析 (簡易的にString, Int, Boolのみ対応)
                if (json[pos] == '"') {
                    object[key] = {JsonType::STRING, parseString(json, pos)};
                } else if (isdigit(json[pos]) || json[pos] == '-') {
                    size_t start = pos;
                    while (isdigit(json[pos]) || json[pos] == '-') pos++;
                    object[key] = {JsonType::NUMBER, "", std::stoi(json.substr(start, pos - start))};
                } else if (json.substr(pos, 4) == "true" || json.substr(pos, 5) == "false") {
                    bool b = (json.substr(pos, 4) == "true");
                    object[key] = {JsonType::BOOL, "", 0, b};
                    pos += b ? 4 : 5;
                }
            }
        }
        skipWhitespace(json, pos);
        if (json[pos] == ',') pos++; // ',' を飛ばす
    }
    pos++; // '}' を飛ばす
    return object;
}

int main() {
    std::string json = R"({
        "name": "John Doe",
        "age": 30,
        "isStudent": false
    })";

    size_t pos = 0;
    skipWhitespace(json, pos);
    
    if (json[pos] == '{') {
        auto data = parseObject(json, pos);

        // 結果の出力
        std::cout << "Name: " << data["name"].string_val << std::endl;
        std::cout << "Age: " << data["age"].int_val << std::endl;
        std::cout << "IsStudent: " << (data["isStudent"].bool_val ? "true" : "false") << std::endl;
    }

    return 0;
}

実行方法：

g++ -std=c++11 simple_json_parser.cpp -o parser
./parser

実行結果：

Name: John Doe
Age: 30
IsStudent: false

• C++ で STL フレンドリに扱えるJSONパーサ「json.hpp」 – @mattnのTumblr

C++による簡易的JSONパーサー２

以下はGoogleのAIが書いた、C++による簡易的なJSONパーサーその２。ネストされたオブジェクトや配列にも対応したバージョン。

#include <iostream>
#include <string>
#include <vector>
#include <map>
#include <variant>
#include <optional>
#include <memory>

// JSONのデータ型を定義
struct JsonValue;
using JsonObject = std::map<std::string, JsonValue>;
using JsonArray = std::vector<JsonValue>;

struct JsonValue {
    std::variant<std::nullptr_t, bool, double, std::string, std::shared_ptr<JsonObject>, std::shared_ptr<JsonArray>> data;

    // ヘルパー: 型チェック
    bool is_null() const { return std::holds_alternative<std::nullptr_t>(data); }
    bool is_string() const { return std::holds_alternative<std::string>(data); }
    bool is_number() const { return std::holds_alternative<double>(data); }
    bool is_bool() const { return std::holds_alternative<bool>(data); }
    bool is_object() const { return std::holds_alternative<std::shared_ptr<JsonObject>>(data); }
    bool is_array() const { return std::holds_alternative<std::shared_ptr<JsonArray>>(data); }

    // ヘルパー: 値の取得
    std::string get_string() const { return std::get<std::string>(data); }
    double get_number() const { return std::get<double>(data); }
    bool get_bool() const { return std::get<bool>(data); }
    JsonObject& get_object() { return *std::get<std::shared_ptr<JsonObject>>(data); }
    JsonArray& get_array() { return *std::get<std::shared_ptr<JsonArray>>(data); }
};

// パーサー本体
class Parser {
    std::string json;
    size_t pos = 0;

    void skip_whitespace() {
        while (pos < json.size() && isspace(json[pos])) pos++;
    }

    char next_char() {
        skip_whitespace();
        return json[pos];
    }

    std::string parse_string() {
        pos++; // " をスキップ
        std::string s;
        while (pos < json.size() && json[pos] != '"') {
            s += json[pos++];
        }
        pos++; // " をスキップ
        return s;
    }

    JsonValue parse_value();

    JsonValue parse_object() {
        auto obj = std::make_shared<JsonObject>();
        pos++; // { をスキップ
        skip_whitespace();
        if (next_char() == '}') {
            pos++;
            return JsonValue{obj};
        }
        while (true) {
            skip_whitespace();
            std::string key = parse_string();
            skip_whitespace();
            if (json[pos] == ':') pos++;
            (*obj)[key] = parse_value();
            skip_whitespace();
            if (json[pos] == ',') {
                pos++;
            } else if (json[pos] == '}') {
                pos++;
                break;
            }
        }
        return JsonValue{obj};
    }

    JsonValue parse_array() {
        auto arr = std::make_shared<JsonArray>();
        pos++; // [ をスキップ
        skip_whitespace();
        if (next_char() == ']') {
            pos++;
            return JsonValue{arr};
        }
        while (true) {
            arr->push_back(parse_value());
            skip_whitespace();
            if (json[pos] == ',') {
                pos++;
            } else if (json[pos] == ']') {
                pos++;
                break;
            }
        }
        return JsonValue{arr};
    }

    JsonValue parse_number() {
        size_t start = pos;
        while (pos < json.size() && (isdigit(json[pos]) || json[pos] == '.' || json[pos] == '-' || json[pos] == '+')) {
            pos++;
        }
        return JsonValue{std::stod(json.substr(start, pos - start))};
    }

public:
    Parser(std::string j) : json(std::move(j)) {}

    JsonValue parse() {
        return parse_value();
    }
};

JsonValue Parser::parse_value() {
    skip_whitespace();
    char c = json[pos];
    if (c == '"') return JsonValue{parse_string()};
    if (c == '{') return parse_object();
    if (c == '[') return parse_array();
    if (isdigit(c) || c == '-') return parse_number();
    if (json.substr(pos, 4) == "true") { pos += 4; return JsonValue{true}; }
    if (json.substr(pos, 5) == "false") { pos += 5; return JsonValue{false}; }
    if (json.substr(pos, 4) == "null") { pos += 4; return JsonValue{nullptr}; }
    return JsonValue{nullptr};
}

// 動作確認用
int main() {
    std::string json_str = R"(
    {
        "name": "John",
        "age": 30,
        "isStudent": false,
        "address": {
            "city": "Tokyo",
            "zip": "100-0001"
        },
        "hobbies": ["reading", "coding", {"type": "sports", "name": "soccer"}]
    }
    )";

    Parser parser(json_str);
    JsonValue root = parser.parse();

    if (root.is_object()) {
        auto& obj = root.get_object();
        std::cout << "Name: " << obj["name"].get_string() << std::endl;
        
        // オブジェクトのアクセス
        auto& addr = obj["address"].get_object();
        std::cout << "City: " << addr["city"].get_string() << std::endl;
        
        // 配列のアクセス
        auto& hobbies = obj["hobbies"].get_array();
        std::cout << "First Hobby: " << hobbies[0].get_string() << std::endl;
        std::cout << "Third Hobby Type: " << hobbies[2].get_object()["type"].get_string() << std::endl;
    }

    return 0;
}

• toughengineer/minjsoncpp: Minimalistic JSON C++ library
• LS36.4 - 再帰降下パーサーの実装 - YouTube

関連書式

HOCON

HOCONはJSONを改良した新しい設定ファイル書式。名前にHuman-Optimizedとあるように、機械ではなく人間にとって記述・編集しやすいように考えられている。

• 設定ファイル統一戦争勃発(もしくはHOCONのススメ #Go - Qiita
• HOCON の入門 — Sponge 5.1.0 ドキュメント
• HOCON - Minerva

Boost.PropertyTree

C++におけるBoost.PropertyTreeについてはC++（STL・ライブラリ）も参照のこと。