C语言序列化

一、序列化的定义

序列化的概念
- 序列化是将数据结构或对象转换为可存储或传输的格式的过程。这一过程使得数据能够以字节流的形式存储在文件中，或者通过网络进行传输。
- 反序列化是将序列化后的数据恢复为原始数据结构或对象的过程。这一过程是数据交换和持久化的重要组成部分。
序列化的应用场景
- 数据持久化：将内存中的数据保存到磁盘，以便在程序重启后恢复。例如，游戏存档、用户设置等。
- 网络通信：在客户端和服务器之间传输数据，常用于 API 调用和消息传递。比如，手机应用与后台服务的交互。
- 数据交换：不同系统之间的数据交互，确保数据格式的兼容性，比如不同编程语言间的数据传递。

二、C语言中的序列化方法

结构体的序列化
- C语言中，通常通过将结构体转换为字节流来实现序列化。
- 使用 fwrite 和 fread 函数可以实现结构体的存储和读取，具体取决于结构体的布局和内存对齐。
自定义序列化
- 可以手动将结构体的每个字段转换为字节流，并存储为文本格式或二进制格式。这样可以使数据格式更灵活，但需要更多的编码工作。
- 常用的自定义序列化方法包括 JSON、XML 等文本格式的序列化。
序列化与内存对齐
- 在 C 语言中，结构体的内存布局可能受到内存对齐的影响，序列化时需要考虑这些对齐方式，以避免数据不一致性。

三、代码案例

下面的示例展示如何在 C 语言中实现结构体的序列化和反序列化，包括内存对齐的考虑。

1. 定义结构体

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>

// 定义一个简单的学生结构体
typedef struct {
    int id;           // 学生 ID
    char name[50];    // 学生姓名
    float score;      // 学生成绩
} Student;

2. 序列化函数

// 序列化函数，将学生信息写入文件
void serialize(Student *student, const char *filename) {
    FILE *file = fopen(filename, "wb"); // 以二进制写入模式打开文件
    if (file == NULL) {
        perror("无法打开文件"); // 使用 perror 输出错误信息
        return;
    }
    fwrite(student, sizeof(Student), 1, file); // 写入结构体
    fclose(file); // 关闭文件
}

3. 反序列化函数

// 反序列化函数，从文件中读取学生信息
void deserialize(Student *student, const char *filename) {
    FILE *file = fopen(filename, "rb"); // 以二进制读取模式打开文件
    if (file == NULL) {
        perror("无法打开文件"); // 使用 perror 输出错误信息
        return;
    }
    fread(student, sizeof(Student), 1, file); // 读取结构体
    fclose(file); // 关闭文件
}

4. 主函数示例

int main() {
    // 创建一个学生实例
    Student student1;
    student1.id = 1;
    strcpy(student1.name, "张三");
    student1.score = 95.5;

    // 序列化学生信息
    serialize(&student1, "student.dat");

    // 创建另一个学生实例以用于反序列化
    Student student2;
    deserialize(&student2, "student.dat");

    // 输出反序列化后的学生信息
    printf("学生 ID: %d\n", student2.id);
    printf("学生姓名: %s\n", student2.name);
    printf("学生成绩: %.2f\n", student2.score);

    return 0;
}

四、代码分析

结构体定义：我们定义了一个 Student 结构体，包含学生的 ID、姓名和成绩。注意，结构体内的成员会受到内存对齐的影响。
序列化函数：使用 fwrite 将结构体数据写入二进制文件中。打开文件时使用了 wb 模式，确保以二进制格式写入。
反序列化函数：使用 fread 从二进制文件中读取结构体数据，并填充到 student 变量中。打开文件时使用了 rb 模式，确保以二进制格式读取。
主函数：创建了一个学生实例并序列化，然后反序列化到另一个实例中，最后输出结果。