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JSONstringify及parse方法实现数据深拷贝

引言

JSON 的 stringify 和 parse 两个方法在平时的工作中也很常用，如果没有一些特殊的类型，是实现数据深拷贝的一个原生方式。

下面就这两个方法的一个手动实现思路。

JSON.stringify

JSON.stringify 方法用于将 JavaScript 值转换为 JSON 字符串。该方法有三个参数：

data: 需要转换的数据
replacer：用于转换结果的对象或者数组，可以函数或者数组
space：文本添加缩进、空格和换行符，可以是数字或者字符串，数字的最大值是 10，字符串的最大长度是 10

下面的测试只用到这些类型：

number，string，function，object，array，null，undefined，map，set，weakmap，weakset

但是 JavaScript 数据的严格类型远远不止这几个。

data

首先我们用 JSON.stringify 来打印结果：

const testJson = {
4: 3,
n: 1,
s: 's',
f: () => { },
null: null,
unde: undefined,
arr: [1, 's', null, undefined, () => { }],
obj: {
  n: '1',
  s: 's'
},
map: new Map(),
set: new Set([1, 2, 3]),
wmap: new WeakMap(),
wset: new WeakSet()
}
const raws = JSON.stringify(testJson)
// {
//  "4":3,"n":1,"s":"s","null":null,"arr":[1,"s",null,null,null],
//  "obj":{"n":"1","s":"s"},"map":{},"set":{},"wmap":{},"wset":{}
// }

根据上面的结果，我们可以发现对象内的 function, undefined 被剔除了，map, set 等都被动的转换成了空对象。而数组内的 function 和 undefined 被替换成了 null。

所以我们可以根据上述规则写一个简单的 stringify 方法：

const stringify = (data: any) => {
// 获取数据的严格类型
const type = getType(data)
let res = ''
switch (type) {
  case 'Object':
    // 处理对象
    res = stringifyObject(data, indent, replacer, space)
    break
  case 'Array':
    // 处理数组
    res = stringifyArray(data, indent, space)
    break
  case 'Number':
    res = `${data}`
    break
  case 'String':
    res = `"${data}"`
    break
  case 'Null':
    res = 'null'
    break
  case 'Set':
  case 'WeakSet':
  case 'Map':
  case 'WeakMap':
    res = '{}'
    break
  default:
    return
}
return res
}

实现几个辅助函数：

// 获取严格类型
const getType = (data: any) => {
return Object.prototype.toString.call(data).slice(8, -1)
}
// 处理对象方法
const stringifyObject = (data: Record<string, any>) => {
const vals: string[] = []
for (const key in data) {
  // 递归处理
  const val = stringify(data[key])
  // 如果值为 undefined，我们则需要跳过
  if (val !== undefined) {
    vals.push(`"${key}":${val}`)
  }
}
return `{${vals.join(',')}}`
}
// 处理数组方法
const stringifyArray = (data: any[]) => {
const vals: any[] = []
for (const val of data) {
  // 递归处理，如果返回 undefined 则替换为 null
  vals.push(stringify(val) || 'null')
}
return `[${vals.join(',')}]`
}

到这里就实现了 stringify 的简单版本。下面可以简单测试一下：

const raws = JSON.stringify(testJson)
const cuss = stringify(testJson)
console.log(raws === cuss) // true

后面还有两个参数，我们先实现第三个，第二个参数的作用等下在实现。

space

space 主要是用于添加空格、换行、缩进，但是只要 space 的值是合法的，换行符是默认加上一个的。所以我们要改下 stringify 的方法：

type Replacer = ((key: string, value: any) => any) | null | (string | number)[]
export const stringify = (data: any, replacer?: Replacer, space?: number | string, indent = 1) => {
const type = getType(data)
if (typeof space === 'number') {
  if (space <= 0) {
    space = undefined
  } else {
    space = Math.min(10, space)
  }
} else if (typeof space === 'string') {
  space = space.substring(0, 10)
} else if (space) {
  space = undefined
}
let res = ''
switch (type) {
  case 'Object':
    res = stringifyObject(data, indent, replacer, space)
    break
  case 'Array':
    res = stringifyArray(data, indent, space)
    break
  // 省略部分代码
}
// 省略部分代码
}

对于 space 的不同非法的值，我们可以在控制台上进行一些简单的测试就可以得出，像 -1 这种其实是不生效的。

而我处理的是只能是数字和字符串，数字必须是 1 - 10，字符串的最长长度是 10 位，其余的都重置为 undefined。

因为像数组和对象的这种嵌套，缩进其实是要跟着动的，这里就新增了 indent 字段，初始为 1，后续递归就 + 1。

// 新增分隔符处理方法
const handleSeparator = (space: number | string, indent: number, prefix: string = '', suffix: string = '') => {
let separator = prefix + '\n'
if (typeof space === 'number') {
  separator += ' '.repeat(space).repeat(indent)
} else {
  separator += space.repeat(indent)
}
return separator + suffix
}
// 对象方法修改
const stringifyObject = (data: Record<string, any>, indent: number, replacer?: Replacer, space?: number | string) => {
const vals: string[] = []
for (const key in data) {
  const val = stringify(data[key], null, space, indent + 1)
  if (val !== undefined) {
    vals.push(`"${key}":${space ? ' ' : ''}${val}`)
  }
}
// 新增 space 处理
if (space) {
  const val = vals.join(handleSeparator(space, indent, ','))
  if (!val) {
    return '{}'
  }
  const front = handleSeparator(space, indent, '{')
  const back = handleSeparator(space, indent - 1, '', '}')
  return front + val + back
}
return `{${vals.join(',')}}`
}
// 数组处理方法
const stringifyArray = (data: any[], indent: number, space?: number | string) => {
const vals: any[] = []
for (const val of data) {
  vals.push(stringify(val) || 'null')
}
// 新增 space 处理
if (space) {
  const front = handleSeparator(space, indent, '[')
  const val = vals.join(handleSeparator(space, indent, ','))
  const back = handleSeparator(space, indent - 1, '', ']')
  return front + val + back
}
return `[${vals.join(',')}]`
}

replacer

replacer 参数有两个类型，数组类型是用来过滤对象类型内的字段，只保留数组内的 key，而函数类型有点奇怪，有点不明白，函数的参数是 key 和 value，初始的 key 为空， value 就是当前的对象的值。

所以这里我们需要修改两处地方：

export const stringify = (data: any, replacer?: Replacer, space?: number | string, indent = 1) => {
// 如果 replacer 为函数的话，直接返回函数运行后的值
if (typeof replacer === 'function') {
  return replacer('', data)
}
const type = getType(data)
// 省略部分代码
}
const stringifyObject = (data: Record<string, any>, indent: number, replacer?: Replacer, space?: number | string) => {
const filter = getType(replacer) === 'Array' ? replacer : null
const vals: string[] = []
for (const key in data) {
  const val = stringify(data[key], null, space, indent + 1)
  if (
    val !== undefined &&
    (
      // 如果是数组，则当前的 key 必须是在 replacer 数组内
      !filter ||
      (filter as (string | number)[]).includes(key) ||
      (filter as (string | number)[]).includes(+key)
    )
  ) {
    vals.push(`"${key}":${space ? ' ' : ''}${val}`)
  }
}
// 省略部分代码
}

到这里， stringify 的方法差不多了。下面是完整代码：

type Replacer = ((key: string, value: any) => any) | null | (string | number)[]
const getType = (data: any) => {
return Object.prototype.toString.call(data).slice(8, -1)
}
const handleSeparator = (space: number | string, indent: number, prefix: string = '', suffix: string = '') => {
let separator = prefix + '\n'
if (typeof space === 'number') {
  separator += ' '.repeat(space).repeat(indent)
} else {
  separator += space.repeat(indent)
}
return separator + suffix
}
const stringifyObject = (data: Record<string, any>, indent: number, replacer?: Replacer, space?: number | string) => {
const filter = getType(replacer) === 'Array' ? replacer : null
const vals: string[] = []
for (const key in data) {
  const val = stringify(data[key], null, space, indent + 1)
  if (
    val !== undefined &&
    (
      !filter ||
      (filter as (string | number)[]).includes(key) ||
      (filter as (string | number)[]).includes(+key)
    )
  ) {
    vals.push(`"${key}":${space ? ' ' : ''}${val}`)
  }
}
if (space) {
  const val = vals.join(handleSeparator(space, indent, ','))
  if (!val) {
    return '{}'
  }
  const front = handleSeparator(space, indent, '{')
  const back = handleSeparator(space, indent - 1, '', '}')
  return front + val + back
}
return `{${vals.join(',')}}`
}
const stringifyArray = (data: any[], indent: number, space?: number | string) => {
const vals: any[] = []
for (const val of data) {
  vals.push(stringify(val) || 'null')
}
if (space) {
  const front = handleSeparator(space, indent, '[')
  const val = vals.join(handleSeparator(space, indent, ','))
  const back = handleSeparator(space, indent - 1, '', ']')
  return front + val + back
}
return `[${vals.join(',')}]`
}
export const stringify = (data: any, replacer?: Replacer, space?: number | string, indent = 1) => {
if (typeof replacer === 'function') {
  return replacer('', data)
}
const type = getType(data)
if (typeof space === 'number') {
  if (space <= 0) {
    space = undefined
  } else {
    space = Math.min(10, space)
  }
} else if (typeof space === 'string') {
  space = space.substring(0, 10)
} else if (space) {
  space = undefined
}
let res = ''
switch (type) {
  case 'Object':
    res = stringifyObject(data, indent, replacer, space)
    break
  case 'Array':
    res = stringifyArray(data, indent, space)
    break
  case 'Number':
    res = `${data}`
    break
  case 'String':
    res = `"${data}"`
    break
  case 'Null':
    res = 'null'
    break
  case 'Set':
  case 'WeakSet':
  case 'Map':
  case 'WeakMap':
    res = '{}'
    break
  default:
    return
}
return res
}

JSON.parse

stringify 方法的实现还是比较简单的，在一些笔试中还有可能会有相关需要实现的题。

而 JSON.parse 则是需要将合法的 json 字符串转换成对象，这里就需要用到一个概念：有限状态自动机

有限状态自动机

这里只做简单的介绍：有限状态机(Finite State Machine)，是指任意时刻都处于有限状态集合中的某一状态。当其获得一个输入字符时，将从当前状态转换到另一个状态或者仍然保持当前状态。

可以结合当前 json 字符串的场景来简单理解一下：

我们有如下一个字符串：

const str = '{"4":3,"s":"s","null":null,"arr":[1,"s",null],"obj":{}}'

然后定义几个状态：

const State = {
INIT: 'INIT',  // 初始状态
OBJECTSTART: 'OBJECTSTART',  // 开始解析对象
ARRAYSTART: 'ARRAYSTART',  // 开始解析数组
OBJVALSTART: 'OBJVALSTART',  // 开始解析对象的属性与值
OBJVALEND: 'OBJVALEND',  // 对象属性与值解析结束
ARRVALSTART: 'ARRVALSTART' // 开始解析数组值
}

因为 json 字符串是非常规则的字符串，所以我们可以结合正则表达式来提取相关步骤的数据，在字符串中的 ' '\t\n\r 等也是可以的，所以在正则中需要考虑并且替换。

const parse = (data: string | number | null) => {
if (typeof data === 'number' || data === null) {
  return data
}
// 将字符串转换为地址引用，方便后面字符串数据的消费
const context = { data }
// 具体解析方法
return parseData(context)
}

然后定义几个辅助函数：

// 字符串的消费函数 - 就是截取已匹配完的数据，返回剩余字符串
const advance = (context: { data: string }, num: number) => {
context.data = context.data.slice(num)
}
// 是否结束状态机
const isEnd = (ctx: { data: string }) => {
// 如果没有数据了，则结束
if (!ctx.data) {
  return false
}
const match = /^(}|\])[ \t\n\r]*/.exec(ctx.data)
if (match) {
  if (
    match[1] === '}' && getType(res) !== 'Object' ||
    match[1] === ']' && getType(res) !== 'Array'
  ) {
    throw Error('解析错误')
  }
  advance(ctx, match[0].length)
  return false
}
return true
}
// 解析对象属性值
const parseObjValue = (context: { data: string }) => {
const match = /^[ \n\t\r]*((".*?")|([0-9A-Za-z]*))[ \t\n\r]?/.exec(context.data)
if (match) {
  advance(context, match[0].length)
  const valMatch = /^"(.*?)"$/.exec(match[1])
  if (valMatch) {
    return valMatch[1]
  }
  if (match[1] === 'null') {
    return null
  }
  if (isNaN(+match[1])) {
    throw Error('解析错误')
  }
  return Number(match[1])
}
new Error('解析错误')
}
// 解析数组值
const parseArrValue = (context: { data: string }) => {
const refMatch = /^({|\][ \n\t\r]*)/.exec(context.data)
// 开启新的状态机
if (refMatch) {
  return parseData(context)
}
const match = /^((".*?")|([0-9a-zA-Z]*))[ \n\t\r]*[,]?[ \n\t\r]*/.exec(context.data)
if (match) {
  advance(context, match[0].length)
  const valMatch = /^"(.*?)"$/.exec(match[1])
  if (valMatch) {
    return valMatch[1]
  }
  if (match[1] === 'null') {
    return null
  }
  if (isNaN(+match[1])) {
    throw Error('解析错误')
  }
  return Number(match[1])
}
throw Error('解析错误')
}

在上面定义状态的时候，解析对象、数组和数组值的时候只有开始状态，而没有结束状态。只是结束状态统一放入 isEnd 函数中，。

解析流程

下面开始定义 parseData 函数：

第一步

const parseData = (ctx: { data: string }) => {
let res: any = ''
let currentState = State.INIT
while (isEnd(ctx)) {
  switch (CurrentState) {
    case State.INIT:
      {
        const match = /^[ \t\n\r]*/.exec(ctx.data)
        if (match?.[0].length) {
          advance(ctx, match[0].length)
        }
        if (ctx.data[0] === '{') {
          res = {}
          currentState = State.OBJECTSTART
        } else if (ctx.data[0] === '[') {
          res = []
          currentState = State.ARRAYSTART
        } else {
          res = parseObjValue(ctx)
        }
      }
      break
    case State.OBJECTSTART:
      break
    case State.OBJVALSTART:
      break
    case State.OBJVALEND:
      break
    case State.ARRAYSTART:
      break
    case State.ARRVALSTART:
      break
    // no default
  }
}
return res
}

INIT 中，先去掉前面的空格、换行等字符，示例：

const str1 = ' \t\n\r{"4":3,"s":"s","null":null,"arr":[1,"s",null],"obj":{}}'
const str2 = '{"4":3,"s":"s","null":null,"arr":[1,"s",null],"obj":{}}'

然后再判读第一个字符是什么：

如果是 {，则将状态转移到 OBJECTSTART，将 res 赋值一个空对象
如果是 [，则将状态转移到 ARRAYSTART，将 res 赋值一个空数组
如果都不是，则就是一个值，可以用对象解析属性值的方法来解析，判读是否是合法的字符串

所以这里的状态转移到了对象解析 OBJECTSTART：

第二步

const parseData = (ctx: { data: string }) => {
let res: any = ''
let currentState = State.INIT
while (isEnd(ctx)) {
  switch (CurrentState) {
    case State.INIT:
      // 省略部分代码
      break
    case State.OBJECTSTART:
      {
        const match = /^{[ \t\n\r]*/.exec(ctx.data)
        if (match) {
          advance(ctx, match[0].length)
          currentState = State.OBJVALSTART
        }
      }
      break
    case State.OBJVALSTART:
      break
    case State.OBJVALEND:
      break
    case State.ARRAYSTART:
      break
    case State.ARRVALSTART:
      break
    // no default
  }
}
return res
}

OBJECTSTART 中，消费掉 '{'，将状态转移到 OBJVALSTART，剩余字符数据：

const str = '"4":3,"s":"s","null":null,"arr":[1,"s",null],"obj":{}}'

第三步

const parseData = (ctx: { data: string }) => {
let res: any = ''
let currentState = State.INIT
while (isEnd(ctx)) {
  switch (CurrentState) {
    case State.INIT:
      // 省略部分代码
      break
    case State.OBJECTSTART:
      // 省略部分代码
      break
    case State.OBJVALSTART:
      {
        const match = /^"(.*?)"[ \n\t\r]*:[ \n\t\r]*/.exec(ctx.data)
        if (match) {
          advance(ctx, match[0].length)
          if (ctx.data[0] === '{' || ctx.data[0] === '[') {
            res[match[1]] = parseData(ctx)
          } else {
            res[match[1]] = parseObjValue(ctx)
          }
          currentState = State.OBJVALEND
        }
      }
      break
    case State.OBJVALEND:
      break
    case State.ARRAYSTART:
      break
    case State.ARRVALSTART:
      break
    // no default
  }
}
return res
}

先获取 key: 等数组并消费，剩余字符数据：

const str = '3,"s":"s","null":null,"arr":[1,"s",null],"obj":{}}'

先判读后续字符的第一个字符是什么：

如果是 { 或者 [，则开启一个新的状态机
否则直接用 parseObjValue 解析值

最后将状态转移至 OBJVALEND。

第四步

const parseData = (ctx: { data: string }) => {
let res: any = ''
let currentState = State.INIT
while (isEnd(ctx)) {
  switch (CurrentState) {
    case State.INIT:
      // 省略部分代码
      break
    case State.OBJECTSTART:
      // 省略部分代码
      break
    case State.OBJVALSTART:
      // 省略部分代码
      break
    case State.OBJVALEND:
      {
        const match = /^[ \t\n\r]*([,}\]])[ \t\n\r]*/.exec(ctx.data)
        if (match) {
          if (match[1] === ',') {
            currentState = State.OBJVALSTART
          }
          advance(ctx, match[0].length)
        }
      }
      break
    case State.ARRAYSTART:
      break
    case State.ARRVALSTART:
      break
    // no default
  }
}
return res
}

如果后面匹配出来的字符是 ,，则表示后续还有其它的对象属性，我们需要将状态重新转移到 OBJVALSTART, 如果是其它的 } 或者 ]，则会在此次消费完毕，然后在 isEnd 中会退出状态机。

后续剩余字符的变化会依照上数状态的变化而进行字符消费：

const str = '3,"s":"s","null":null,"arr":[1,"s",null],"obj":{}}'
// 1
const str = ',"s":"s","null":null,"arr":[1,"s",null],"obj":{}}'
// 2
const str = '"s":"s","null":null,"arr":[1,"s",null],"obj":{}}'
// 省略 s 和 null
// 3 开启新的状态机
const str = '[1,"s",null],"obj":{}}'
// 4 结束状态机
const str = '],"obj":{}}'
// 5 开启新的状态机
const str = '{}}'
// 6 结束状态机
const str = '}}'
// 7 结束状态机
const str = '}'

数组的处理

const parseData = (ctx: { data: string }) =&gt; {
let res: any = ''
let currentState = State.INIT
while (isEnd(ctx)) {
  switch (CurrentState) {
    case State.INIT:
      // 省略部分代码
      break
    case State.OBJECTSTART:
      // 省略部分代码
      break
    case State.OBJVALSTART:
      // 省略部分代码
      break
    case State.OBJVALEND:
      // 省略部分代码
      break
    case State.ARRAYSTART:
      {
        const match = /^\[[ \t\n\r]*/.exec(ctx.data)
        if (match) {
          advance(ctx, match[0].length)
          currentState = State.ARRVALSTART
        }
      }
      break
    case State.ARRVALSTART:
      res.push(parseArrValue(ctx))
      break
    // no default
  }
}
return res
}

如果第一个字符为 [，则会开启新的状态机，状态也会转换为 ARRAYSTART，然后在 ARRAYSTART 状态内进行数组值的转换。

到这里整个 JSON.parse 的实现思路差不多，但是上述的流程应该有没考虑到的地方，但是大体差不多，只是边界的处理问题。测试示例：

// 数据使用上面的 testJson
const raws = JSON.stringify(testJson)
const rawp = JSON.parse(raws)
const cusp = parse(raws)
console.log(raws, 'JSON.stringify')
console.log(rawp, 'JSON.parse')
console.log(cusp, 'parse')

结果：

完整代码

const State = {
INIT: 'INIT',
OBJECTSTART: 'OBJECTSTART',
ARRAYSTART: 'ARRAYSTART',
OBJVALSTART: 'OBJVALSTART',
OBJVALEND: 'OBJVALEND',
ARRVALSTART: 'ARRVALSTART'
}
const isEnd = (ctx: { data: string }, res: any) => {
if (!ctx.data) {
  return false
}
const match = /^(}|\])[ \t\n\r]*/.exec(ctx.data)
if (match) {
  if (
    match[1] === '}' && getType(res) !== 'Object' ||
    match[1] === ']' && getType(res) !== 'Array'
  ) {
    throw Error('解析错误')
  }
  advance(ctx, match[0].length)
  return false
}
return true
}
const advance = (context: { data: string }, num: number) => {
context.data = context.data.slice(num)
}
const parseObjValue = (context: { data: string }) => {
const match = /^[ \n\t\r]*((".*?")|([0-9A-Za-z]*))[ \t\n\r]?/.exec(context.data)
if (match) {
  advance(context, match[0].length)
  const valMatch = /^"(.*?)"$/.exec(match[1])
  if (valMatch) {
    return valMatch[1]
  }
  if (match[1] === 'null') {
    return null
  }
  if (isNaN(+match[1])) {
    throw Error('解析错误')
  }
  return Number(match[1])
}
new Error('解析错误')
}
const parseArrValue = (context: { data: string }) => {
const refMatch = /^({|\][ \n\t\r]*)/.exec(context.data)
if (refMatch) {
  return parseData(context)
}
const match = /^((".*?")|([0-9a-zA-Z]*))[ \n\t\r]*[,]?[ \n\t\r]*/.exec(context.data)
if (match) {
  advance(context, match[0].length)
  const valMatch = /^"(.*?)"$/.exec(match[1])
  if (valMatch) {
    return valMatch[1]
  }
  if (match[1] === 'null') {
    return null
  }
  if (isNaN(+match[1])) {
    throw Error('解析错误')
  }
  return Number(match[1])
}
throw Error('解析错误')
}
const parseData = (ctx: { data: string }) => {
let res: any = ''
let currentState = State.INIT
while (isEnd(ctx, res)) {
  switch (currentState) {
    case State.INIT:
      {
        const match = /^[ \t\n\r]*/.exec(ctx.data)
        if (match?.[0].length) {
          advance(ctx, match[0].length)
        }
        if (ctx.data[0] === '{') {
          res = {}
          currentState = State.OBJECTSTART
        } else if (ctx.data[0] === '[') {
          res = []
          currentState = State.ARRAYSTART
        } else {
          res = parseObjValue(ctx)
        }
      }
      break
    case State.OBJECTSTART:
      {
        const match = /^{[ \t\n\r]*/.exec(ctx.data)
        if (match) {
          advance(ctx, match[0].length)
          currentState = State.OBJVALSTART
        }
      }
      break
    case State.OBJVALSTART:
      {
        const match = /^"(.*?)"[ \n\t\r]*:[ \n\t\r]*/.exec(ctx.data)
        if (match) {
          advance(ctx, match[0].length)
          if (ctx.data[0] === '{' || ctx.data[0] === '[') {
            res[match[1]] = parseData(ctx)
          } else {
            res[match[1]] = parseObjValue(ctx)
          }
          currentState = State.OBJVALEND
        }
      }
      break
    case State.OBJVALEND:
      {
        const match = /^[ \t\n\r]*([,}\]])[ \t\n\r]*/.exec(ctx.data)
        if (match) {
          if (match[1] === ',') {
            currentState = State.OBJVALSTART
          }
          advance(ctx, match[0].length)
        }
      }
      break
    case State.ARRAYSTART:
      {
        const match = /^\[[ \t\n\r]*/.exec(ctx.data)
        if (match) {
          advance(ctx, match[0].length)
          currentState = State.ARRVALSTART
        }
      }
      break
    case State.ARRVALSTART:
      res.push(parseArrValue(ctx))
      break
    // no default
  }
}
return res
}
export const parse = (data: string | number | null) => {
if (typeof data === 'number' || data === null) {
  return data
}
const context = { data }
return parseData(context)
}

以上就是JSON stringify及parse方法实现数据深拷贝的详细内容，更多关于JSON数据深拷贝stringify及parse的资料请关注编程宝库其它相关文章！

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