C++ 中的序列化和反序列化

一、C++ 中的序列化和反序列化

（一）基本概念

在 C++ 中，序列化是将对象转换为字节流的过程，反序列化则是从字节流重新构建对象的过程。这对于存储对象状态到文件、网络传输等场景非常有用。

（二）简单的序列化和反序列化实现方式

1. 基于文本格式

• 序列化
  • 一种简单的方法是将对象的成员变量以特定的格式（如 CSV - 逗号分隔值）写入文件。例如，假设有一个Person类，包含姓名和年龄两个成员变量。
    #include <iostream>
    #include <fstream>
    #include <string>
    
    class Person {
    public:
        std::string name;
        int age;
        Person(const std::string& n, int a) : name(n), age(a) {}
    };
    
    void serializeToText(const Person& p, const std::string& filename) {
        std::ofstream file(filename);
        if (file.is_open()) {
            file << p.name << "," << p.age << std::endl;
            file.close();
        } else {
            std::cerr << "无法打开文件进行序列化。" << std::endl;
        }
    }
• 反序列化
  Person deserializeFromText(const std::string& filename) {
      std::ifstream file(filename);
      Person p("", 0);
      if (file.is_open()) {
          std::string line;
          if (std::getline(file, line)) {
              size_t pos = line.find(',');
              if (pos!= std::string::npos) {
                  p.name = line.substr(0, pos);
                  p.age = std::stoi(line.substr(pos + 1));
              }
          }
          file.close();
      } else {
          std::cerr << "无法打开文件进行反序列化。" << std::endl;
      }
      return p;
  }

2. 使用二进制格式（更高效，但不可读）

• 序列化
  • 使用fstream库的二进制模式来写入对象的内存表示。不过需要注意字节序等问题。
    void serializeToBinary(const Person& p, const std::string& filename) {
        std::ofstream file(filename, std::ios::binary);
        if (file.is_open()) {
            // 先写入姓名长度
            int nameLength = p.name.length();
            file.write(reinterpret_cast<const char*>(&nameLength), sizeof(int));
            // 再写入姓名内容
            file.write(p.name.c_str(), nameLength);
            // 写入年龄
            file.write(reinterpret_cast<const char*>(&p.age), sizeof(int));
            file.close();
        } else {
            std::cerr << "无法打开文件进行二进制序列化。" << std::endl;
        }
    }
• 反序列化
  Person deserializeFromBinary(const std::string& filename) {
      std::ifstream file(filename, std::ios::binary);
      Person p("", 0);
      if (file.is_open()) {
          // 先读取姓名长度
          int nameLength;
          file.read(reinterpret_cast<char*>(&nameLength), sizeof(int));
          char* buffer = new char[nameLength + 1];
          // 读取姓名内容
          file.read(buffer, nameLength);
          buffer[nameLength] = '\0';
          p.name = buffer;
          delete[] buffer;
          // 读取年龄
          file.read(reinterpret_cast<char*>(&p.age), sizeof(int));
          file.close();
      } else {
          std::cerr << "无法打开文件进行二进制反序列化。" << std::endl;
      }
      return p;
  }

（三）使用第三方库（如 Boost.Serialization）进行序列化和反序列化

• 安装和配置 Boost 库
  • 首先需要下载并安装 Boost 库，这通常涉及从 Boost 官方网站获取源代码，然后通过编译安装到系统中。安装过程因操作系统而异。
• 使用示例
  • 以下是使用 Boost.Serialization 对Person类进行序列化和反序列化的简单示例。
    
    #include <iostream>
    #include <fstream>
    #include <boost/archive/text_oarchive.hpp>
    #include <boost/archive/text_iarchive.hpp>
    #include <boost/serialization/string.hpp>
    
    class Person {
    public:
        std::string name;
        int age;
        Person(const std::string& n, int a) : name(n), age(a) {}
        // 为了让Boost.Serialization能够访问私有成员，需要添加这两个友元函数
        friend class boost::serialization::access;
        template<class Archive>
        void serialize(Archive& ar, const unsigned int version) {
            ar & name;
            ar & age;
        }
    };
    
    void serializeWithBoost(const Person& p, const std::string& filename) {
        std::ofstream file(filename);
        if (file.is_open()) {
            boost::archive::text_oarchive oa(file);
            oa << p;
            file.close();
        } else {
            std::cerr << "无法打开文件进行Boost序列化。" << std::endl;
        }
    }
    
    Person deserializeWithBoost(const std::string& filename) {
        std::ifstream file(filename);
        Person p("", 0);
        if (file.is_open()) {
            boost::archive::text_iarchive ia(file);
            ia >> p;
            file.close();
        } else {
            std::cerr << "无法打开文件进行Boost反序列化。" << std::endl;
        }
        return p;
    }

二、C++ 中的对象生命周期管理

（一）对象生命周期阶段

• 创建
  • 栈对象：在函数内部定义的对象，当程序执行到对象定义处时，会调用对象的构造函数进行创建。例如Person p("Alice", 30);，这里p是一个栈对象，它的生命周期从定义处开始，到所在的代码块结束（如函数返回）。
  • 堆对象：通过new关键字在堆上分配内存创建对象。例如Person* p = new Person("Bob", 25);，此时需要手动管理内存，使用delete来释放内存。
• 使用：在对象的生命周期内，可以通过对象的成员函数访问和修改对象的状态，就像p->getName()或p.setName("Charlie");这样的操作。
• 销毁
  • 栈对象：当栈对象所在的代码块结束时，对象的析构函数会被自动调用，用于清理对象占用的资源。
  • 堆对象：需要手动调用delete来释放堆上对象占用的内存，并且在调用delete后，对象的析构函数会被调用。如果忘记调用delete，就会导致内存泄漏。

（二）内存管理和资源清理

• RAII（Resource Acquisition Is Initialization）
  • 这是 C++ 中一种重要的资源管理机制。核心思想是将资源的获取和初始化放在构造函数中，将资源的释放放在析构函数中。例如，使用std::unique_ptr或std::shared_ptr来管理动态分配的内存。
  • // 不需要手动释放内存，当p离开作用域时，Person对象会被自动销毁
  • std::shared_ptr是共享所有权的智能指针，用于多个对象共享同一个资源的情况。例如，多个对象可能需要共享对同一个数据库连接对象的引用。
    手动内存管理（使用new和delete）
  • 当使用new在堆上分配内存时，必须在适当的时候使用delete来释放内存。错误地使用delete（如多次删除同一个对象或者使用已经删除的对象）会导致程序出错，如段错误等。并且如果在delete之后还尝试访问对象成员，也是未定义行为。