【序列化与反序列化详解】

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一、序列化与反序列化是什么？

在计算机编程中，序列化（Serialization） 指的是将对象或数据结构转换成可以存储或传输的格式，比如 JSON、XML、二进制流等。反序列化（Deserialization） 则是将这些存储或传输的数据恢复成原来的对象或数据结构。

1. 为什么需要序列化？

序列化的主要作用如下：

• 数据存储：将对象存储到文件、数据库或缓存中，以便后续使用。
• 数据传输：在网络通信中，数据必须以字节流的形式进行传输，而对象不能直接在网络上传输，因此需要将其序列化。
• 跨语言互操作：不同编程语言间的数据交换通常使用通用的序列化格式（如 JSON、XML、Protocol Buffers）。

2. 反序列化的作用

反序列化的作用就是将序列化后的数据恢复成对象，使其可在程序中继续使用。例如：

• 读取存储的用户数据并恢复成对象供程序使用。
• 接收网络请求时解析 JSON 数据并转换为可操作的对象。

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二、常见的序列化格式

序列化格式有多种选择，每种格式都有其特点和适用场景。

序列化格式	特点	适用场景
JSON	可读性强、轻量级、跨语言支持好	Web API、配置文件、日志存储
XML	结构清晰、可扩展、冗余较大	旧系统兼容、大型数据交换
二进制（Pickle、Java 序列化）	占用空间小、速度快、不可读	内部数据存储、进程间通信
Protocol Buffers	高效、跨平台、适合大规模数据交换	分布式系统、RPC 通信

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三、不同编程语言的序列化与反序列化示例

1. Python 的序列化与反序列化

Python 提供了多种序列化方式，包括 pickle、json、marshal 等，其中 json 是最常用的。

JSON 序列化

import json

data = {"name": "Alice", "age": 25, "city": "Beijing"}

# 序列化
json_str = json.dumps(data)
print("JSON 序列化结果:", json_str)

# 反序列化
data_loaded = json.loads(json_str)
print("反序列化结果:", data_loaded)

Pickle 序列化（仅限 Python）

import pickle

data = {"name": "Alice", "age": 25, "city": "Beijing"}

# 序列化
with open("data.pkl", "wb") as f:
    pickle.dump(data, f)

# 反序列化
with open("data.pkl", "rb") as f:
    data_loaded = pickle.load(f)

print("Pickle 反序列化结果:", data_loaded)

2. Java 的序列化与反序列化

Java 使用 Serializable 接口进行序列化和反序列化。

Java 序列化

import java.io.*;

class Person implements Serializable {
    private static final long serialVersionUID = 1L;
    String name;
    int age;

    Person(String name, int age) {
        this.name = name;
        this.age = age;
    }
}

public class SerializeDemo {
    public static void main(String[] args) {
        try {
            Person p = new Person("Alice", 25);
            ObjectOutputStream out = new ObjectOutputStream(new FileOutputStream("person.ser"));
            out.writeObject(p);
            out.close();
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

Java 反序列化

public class DeserializeDemo {
    public static void main(String[] args) {
        try {
            ObjectInputStream in = new ObjectInputStream(new FileInputStream("person.ser"));
            Person p = (Person) in.readObject();
            in.close();
            System.out.println("反序列化结果: " + p.name + ", " + p.age);
        } catch (IOException | ClassNotFoundException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

3. C++ 的序列化与反序列化（使用 JSON）

在 C++ 中，可以使用 nlohmann/json 库进行 JSON 序列化和反序列化。

安装 JSON 库

# Ubuntu
sudo apt-get install nlohmann-json3-dev

C++ JSON 序列化

#include 
#include 
#include 

using json = nlohmann::json;

int main() {
    json data;
    data["name"] = "Alice";
    data["age"] = 25;

    std::ofstream file("data.json");
    file << data.dump(4); // 格式化 JSON
    file.close();

    std::cout << "JSON 序列化完成" << std::endl;
    return 0;
}

C++ JSON 反序列化

#include 
#include 
#include 

using json = nlohmann::json;

int main() {
    std::ifstream file("data.json");
    json data;
    file >> data;

    std::cout << "姓名: " << data["name"] << ", 年龄: " << data["age"] << std::endl;
    return 0;
}

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四、总结

• 序列化 是将对象转换为可存储或传输的格式，反序列化 是将数据恢复成对象。
• 常见格式 包括 JSON（轻量）、XML（可扩展）、二进制（高效）、Protocol Buffers（高性能）。
• 不同编程语言 提供了不同的序列化方案，如 Python json/pickle、Java Serializable、C++ nlohmann/json。
• 安全性 是序列化的关键，避免反序列化漏洞、数据篡改和信息泄露。