PHP Attributes在序列化中的应用：自定义JSON、XML或Protobuf的映射规则 - 智猿学院-前后端，数据库，人工智能，云计算等领域前沿技术讲座

PHP Attributes 在序列化中的应用：自定义 JSON、XML 或 Protobuf 的映射规则

大家好，今天我们要深入探讨 PHP 8 引入的 Attributes（也称为注解）在序列化场景下的强大应用。我们将聚焦于如何利用 Attributes 来自定义 JSON、XML 和 Protobuf 等不同格式的映射规则，从而实现更加灵活和可控的数据序列化过程。

1. 什么是 PHP Attributes？

PHP Attributes 是一种在代码中嵌入元数据的方式，它允许我们在类、属性、方法、函数等声明中添加额外的信息。这些元数据不会直接影响代码的执行逻辑，但可以通过反射 API 在运行时被读取和使用。简单来说，Attributes 就像是给代码贴上标签，这些标签可以被程序读取和利用。

例如：

<?php

use Attribute;

#[Attribute(Attribute::TARGET_PROPERTY)]
class SerializedName
{
    public function __construct(public string $name) {}
}

class User
{
    #[SerializedName("user_id")]
    public int $id;

    #[SerializedName("full_name")]
    public string $name;

    public string $email; // 没有Attribute，使用默认的属性名
}

在这个例子中，SerializedName 就是一个 Attribute 类，它接受一个字符串参数 name。我们使用 #[SerializedName("user_id")] 将这个 Attribute 应用于 User 类的 id 属性。这意味着，在序列化时，我们希望将 id 属性映射到 JSON 或 XML 中的 user_id 字段。#[Attribute(Attribute::TARGET_PROPERTY)]确保此Attribute只能用在属性上。

2. 为什么使用 Attributes 进行序列化配置？

传统的序列化配置方式通常依赖于：

注释 (DocBlocks): 解析注释效率较低，且注释本身并非设计用于程序化读取。
配置文件 (YAML, XML, JSON): 配置文件与代码分离，不易维护，且类型信息丢失。
专门的映射类: 需要额外维护映射类，增加了代码复杂度。

Attributes 提供了以下优势：

类型安全: Attribute 本身是一个类，可以定义参数类型，避免运行时错误。
代码内联: 配置信息与代码紧密结合，提高了代码可读性和可维护性。
反射支持: PHP 的反射 API 可以轻松读取 Attributes，方便实现自定义序列化逻辑。
编译时验证: 某些工具可以在编译时验证 Attribute 的使用是否正确。

3. 使用 Attributes 自定义 JSON 序列化

PHP 内置的 json_encode 函数可以方便地将 PHP 对象转换为 JSON 字符串。但是，它默认使用对象的属性名作为 JSON 字段名。我们可以利用 Attributes 来控制 JSON 字段的命名和忽略某些属性。

<?php

use Attribute;
use ReflectionClass;
use ReflectionProperty;

#[Attribute(Attribute::TARGET_PROPERTY)]
class SerializedName
{
    public function __construct(public string $name) {}
}

#[Attribute(Attribute::TARGET_PROPERTY)]
class Ignore
{
}

class User
{
    #[SerializedName("user_id")]
    public int $id;

    #[SerializedName("full_name")]
    public string $name;

    public string $email;

    #[Ignore]
    public string $password; // 不序列化此属性
}

function serializeToJson(object $object): string
{
    $reflectionClass = new ReflectionClass($object);
    $data = [];

    foreach ($reflectionClass->getProperties() as $property) {
        // 检查是否有 Ignore Attribute
        if ($property->getAttributes(Ignore::class)) {
            continue; // 跳过被 Ignore Attribute 标记的属性
        }

        $propertyName = $property->getName();
        $attributes = $property->getAttributes(SerializedName::class);

        // 如果有 SerializedName Attribute，使用指定的名称
        if ($attributes) {
            $serializedName = $attributes[0]->newInstance()->name;
            $propertyName = $serializedName;
        }

        $property->setAccessible(true); // 允许访问私有/受保护的属性
        $data[$propertyName] = $property->getValue($object);
    }

    return json_encode($data);
}

$user = new User();
$user->id = 123;
$user->name = "John Doe";
$user->email = "[email protected]";
$user->password = "secret";

$json = serializeToJson($user);
echo $json . PHP_EOL;

// 输出: {"user_id":123,"full_name":"John Doe","email":"[email protected]"}

在这个例子中，serializeToJson 函数使用反射 API 遍历对象的属性，并检查是否有 SerializedName 和 Ignore Attributes。如果属性被 SerializedName 标记，则使用指定的名称作为 JSON 字段名。如果属性被 Ignore 标记，则跳过该属性。

代码解释:

ReflectionClass: 用于获取类的反射信息，例如属性、方法等。
getProperties(): 获取类的所有属性的反射对象。
getAttributes(): 获取属性上应用的所有 Attributes。
newInstance(): 创建一个 Attribute 类的实例，以便访问 Attribute 的参数。
setAccessible(true): 允许访问私有和受保护的属性。
getValue(): 获取属性的值。

4. 使用 Attributes 自定义 XML 序列化

XML 序列化比 JSON 复杂，因为它需要处理元素名称、属性、嵌套结构等。我们可以使用 Attributes 来控制 XML 元素的命名、属性以及父子关系。

<?php

use Attribute;
use ReflectionClass;
use ReflectionProperty;

#[Attribute(Attribute::TARGET_PROPERTY)]
class XmlElement
{
    public function __construct(public string $name) {}
}

#[Attribute(Attribute::TARGET_PROPERTY)]
class XmlAttribute
{
    public function __construct(public string $name) {}
}

#[Attribute(Attribute::TARGET_CLASS)]
class XmlRootElement
{
    public function __construct(public string $name) {}
}

class Product
{
    #[XmlAttribute("id")]
    public int $productId;

    #[XmlElement("name")]
    public string $productName;

    #[XmlElement("price")]
    public float $price;
}

#[XmlRootElement("products")]
class ProductList
{
    /**
     * @var Product[]
     */
    #[XmlElement("product")]
    public array $products;
}

function serializeToXml(object $object): string
{
    $reflectionClass = new ReflectionClass($object);
    $rootElementName = $reflectionClass->getAttributes(XmlRootElement::class)[0]->newInstance()->name ?? $reflectionClass->getShortName();
    $xml = new SimpleXMLElement("<{$rootElementName}/>");

    foreach ($reflectionClass->getProperties() as $property) {
        $propertyName = $property->getName();
        $property->setAccessible(true);
        $value = $property->getValue($object);

        $xmlElementAttributes = $property->getAttributes(XmlElement::class);
        $xmlAttributeAttributes = $property->getAttributes(XmlAttribute::class);

        if ($xmlElementAttributes) {
            $elementName = $xmlElementAttributes[0]->newInstance()->name;
            if (is_array($value)) { // 处理数组
                foreach ($value as $item) {
                    $itemXml = $xml->addChild($elementName);
                    $itemReflection = new ReflectionClass($item);
                    foreach ($itemReflection->getProperties() as $itemProperty) {
                        $itemPropertyName = $itemProperty->getName();
                        $itemProperty->setAccessible(true);
                        $itemValue = $itemProperty->getValue($item);

                        $itemXmlElementAttributes = $itemProperty->getAttributes(XmlElement::class);
                        $itemXmlAttributeAttributes = $itemProperty->getAttributes(XmlAttribute::class);

                        if ($itemXmlElementAttributes) {
                            $itemElementName = $itemXmlElementAttributes[0]->newInstance()->name;
                            $itemXml->addChild($itemElementName, $itemValue);
                        } elseif ($itemXmlAttributeAttributes) {
                            $itemAttributeName = $itemXmlAttributeAttributes[0]->newInstance()->name;
                            $itemXml->addAttribute($itemAttributeName, $itemValue);
                        } else {
                            $itemXml->addChild($itemPropertyName, $itemValue);
                        }
                    }
                }
            } else {
                $xml->addChild($elementName, $value);
            }
        } elseif ($xmlAttributeAttributes) {
            $attributeName = $xmlAttributeAttributes[0]->newInstance()->name;
            $xml->addAttribute($attributeName, $value);
        } else {
            $xml->addChild($propertyName, $value);
        }
    }

    return $xml->asXML();
}

$productList = new ProductList();
$productList->products = [
    new Product(),
    new Product()
];
$productList->products[0]->productId = 1;
$productList->products[0]->productName = "Laptop";
$productList->products[0]->price = 1200.00;

$productList->products[1]->productId = 2;
$productList->products[1]->productName = "Mouse";
$productList->products[1]->price = 25.00;

$xml = serializeToXml($productList);
echo $xml . PHP_EOL;

// 输出：
// <?xml version="1.0"?>
// <products>
//  <product>
//   <name>Laptop</name>
//   <price>1200</price>
//   <id>1</id>
//  </product>
//  <product>
//   <name>Mouse</name>
//   <price>25</price>
//   <id>2</id>
//  </product>
// </products>

在这个例子中，我们定义了 XmlElement 和 XmlAttribute Attributes，分别用于标记 XML 元素和属性。serializeToXml 函数使用 SimpleXMLElement 类来构建 XML 文档。

代码解释:

SimpleXMLElement: 用于创建和操作 XML 文档。
addChild(): 添加子元素。
addAttribute(): 添加属性。
asXML(): 将 XML 文档转换为字符串。
XmlRootElement: 用于定义根元素的名称.

5. 使用 Attributes 自定义 Protobuf 序列化

Protobuf (Protocol Buffers) 是一种轻便高效的数据序列化格式，广泛应用于 RPC 和数据存储。虽然 PHP 有 Protobuf 扩展，但我们可以使用 Attributes 来自定义对象的字段映射到 Protobuf 消息字段。这需要结合 Protobuf 的定义文件 (.proto) 和相应的 PHP 代码生成工具。

假设我们有以下的 Protobuf 定义文件 (user.proto):

syntax = "proto3";

message User {
  int32 user_id = 1;
  string full_name = 2;
  string email = 3;
}

我们可以使用 Attributes 来映射 PHP 类的属性到 Protobuf 字段:

<?php

use Attribute;

#[Attribute(Attribute::TARGET_PROPERTY)]
class ProtobufField
{
    public function __construct(public int $fieldNumber) {}
}

class User
{
    #[ProtobufField(1)]
    public int $userId;

    #[ProtobufField(2)]
    public string $fullName;

    #[ProtobufField(3)]
    public string $email;
}

function serializeToProtobuf(object $object): string
{
    // 假设已经有了一个 Protobuf 序列化库，例如 google/protobuf
    // 这里只是一个示例，实际实现需要依赖具体的 Protobuf 库
    $reflectionClass = new ReflectionClass($object);
    $data = [];

    foreach ($reflectionClass->getProperties() as $property) {
        $attributes = $property->getAttributes(ProtobufField::class);

        if ($attributes) {
            $fieldNumber = $attributes[0]->newInstance()->fieldNumber;
            $propertyName = $property->getName();
            $property->setAccessible(true);
            $data[$fieldNumber] = $property->getValue($object);
        }
    }

    // 这里需要使用 Protobuf 库将 $data 转换为 Protobuf 字符串
    // 例如：
    // $message = new GoogleProtobufUser();
    // $message->setUserId($data[1]);
    // $message->setFullName($data[2]);
    // $message->setEmail($data[3]);
    // return $message->serializeToString();

    // 由于没有安装Protobuf扩展，这里返回一个模拟的字符串
    return "Protobuf 序列化结果 (模拟)";
}

$user = new User();
$user->userId = 456;
$user->fullName = "Jane Smith";
$user->email = "[email protected]";

$protobuf = serializeToProtobuf($user);
echo $protobuf . PHP_EOL;

// 输出: Protobuf 序列化结果 (模拟)

在这个例子中，ProtobufField Attribute 用于指定 Protobuf 消息字段的编号。serializeToProtobuf 函数使用反射 API 读取 Attributes，并将对象的属性值映射到相应的 Protobuf 字段。注意： 这需要结合实际的 Protobuf 库来实现完整的序列化过程。因为没有安装protobuf扩展，这里只能模拟。

6. 总结与未来展望

Attributes 提供了一种优雅且强大的方式来自定义 PHP 对象的序列化规则。通过将配置信息内联到代码中，我们可以提高代码的可读性和可维护性。虽然上面的protobuf示例只是一个模拟，实际上，使用 Attributes 可以与现有的序列化库（如 JMS Serializer）以及 Protobuf 库集成，实现更加复杂和灵活的序列化逻辑。

在未来的 PHP 开发中，Attributes 将扮演越来越重要的角色。我们可以期待更多的框架和库利用 Attributes 来简化配置和提高代码质量。通过合理的运用 Attributes，我们可以构建更加健壮、可维护和可扩展的应用程序。

Attributes简化序列化配置，提高代码可读性。
它与现有序列化库集成，实现灵活的序列化逻辑。
Attributes将成为未来PHP开发的重要组成部分。

PHP Attributes 在序列化中的应用：自定义 JSON、XML 或 Protobuf 的映射规则

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