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# Schema
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（本功能于 v1.1.0 发布）
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JSON Schema 是描述 JSON 格式的一个标准草案。一个 schema 本身也是一个 JSON。使用 JSON Schema 去校验 JSON，可以让你的代码安全地访问 DOM，而无须检查类型或键值是否存在等。这也能确保输出的 JSON 是符合指定的 schema。
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RapidJSON 实现了一个 [JSON Schema Draft v4](http://json-schema.org/documentation.html) 的校验器。若你不熟悉 JSON Schema，可以参考 [Understanding JSON Schema](http://spacetelescope.github.io/understanding-json-schema/)。
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[TOC]
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## 基本用法
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首先，你要把 JSON Schema 解析成 `Document`，再把它编译成一个 `SchemaDocument`。
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然后，利用该 `SchemaDocument` 创建一个 `SchemaValidator`。它与 `Writer` 相似，都是能够处理 SAX 事件的。因此，你可以用 `document.Accept(validator)` 去校验一个 JSON，然后再获取校验结果。
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~~~cpp
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#include "rapidjson/schema.h"
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// ...
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Document sd;
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if (!sd.Parse(schemaJson).HasParseError()) {
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// 此 schema 不是合法的 JSON
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// ...
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}
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SchemaDocument schema(sd); // 把一个 Document 编译至 SchemaDocument
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// 之后不再需要 sd
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Document d;
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if (!d.Parse(inputJson).HasParseError()) {
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// 输入不是一个合法的 JSON
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// ...
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}
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SchemaValidator validator(schema);
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if (!d.Accept(validator)) {
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// 输入的 JSON 不合乎 schema
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// 打印诊断信息
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StringBuffer sb;
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validator.GetInvalidSchemaPointer().StringifyUriFragment(sb);
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printf("Invalid schema: %s\n", sb.GetString());
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printf("Invalid keyword: %s\n", validator.GetInvalidSchemaKeyword());
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sb.Clear();
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validator.GetInvalidDocumentPointer().StringifyUriFragment(sb);
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printf("Invalid document: %s\n", sb.GetString());
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}
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~~~
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一些注意点：
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* 一个 `SchemaDocment` 能被多个 `SchemaValidator` 引用。它不会被 `SchemaValidator` 修改。
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* 可以重复使用一个 `SchemaValidator` 来校验多个文件。在校验其他文件前，须先调用 `validator.Reset()`。
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## 在解析／生成时进行校验
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与大部分 JSON Schema 校验器有所不同，RapidJSON 提供了一个基于 SAX 的 schema 校验器实现。因此，你可以在输入流解析 JSON 的同时进行校验。若校验器遇到一个与 schema 不符的值，就会立即终止解析。这设计对于解析大型 JSON 文件时特别有用。
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### DOM 解析
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在使用 DOM 进行解析时，`Document` 除了接收 SAX 事件外，还需做一些准备及结束工作，因此，为了连接 `Reader`、`SchemaValidator` 和 `Document` 要做多一点事情。`SchemaValidatingReader` 是一个辅助类去做那些工作。
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~~~cpp
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#include "rapidjson/filereadstream.h"
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// ...
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SchemaDocument schema(sd); // 把一个 Document 编译至 SchemaDocument
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// 使用 reader 解析 JSON
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FILE* fp = fopen("big.json", "r");
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FileReadStream is(fp, buffer, sizeof(buffer));
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// 用 reader 解析 JSON，校验它的 SAX 事件，并存储至 d
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Document d;
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SchemaValidatingReader<kParseDefaultFlags, FileReadStream, UTF8<> > reader(is, schema);
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d.Populate(reader);
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if (!reader.GetParseResult()) {
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// 不是一个合法的 JSON
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// 当 reader.GetParseResult().Code() == kParseErrorTermination,
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// 它可能是被以下原因中止：
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// (1) 校验器发现 JSON 不合乎 schema；或
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// (2) 输入流有 I/O 错误。
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// 检查校验结果
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if (!reader.IsValid()) {
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// 输入的 JSON 不合乎 schema
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// 打印诊断信息
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StringBuffer sb;
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reader.GetInvalidSchemaPointer().StringifyUriFragment(sb);
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printf("Invalid schema: %s\n", sb.GetString());
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printf("Invalid keyword: %s\n", reader.GetInvalidSchemaKeyword());
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sb.Clear();
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reader.GetInvalidDocumentPointer().StringifyUriFragment(sb);
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printf("Invalid document: %s\n", sb.GetString());
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}
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}
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~~~
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### SAX 解析
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使用 SAX 解析时，情况就简单得多。若只需要校验 JSON 而无需进一步处理，那么仅需要：
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~~~
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SchemaValidator validator(schema);
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Reader reader;
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if (!reader.Parse(stream, validator)) {
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if (!validator.IsValid()) {
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// ...
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}
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}
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~~~
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这种方式和 [schemavalidator](example/schemavalidator/schemavalidator.cpp) 例子完全相同。这带来的独特优势是，无论 JSON 多巨大，永远维持低内存用量（内存用量只与 Schema 的复杂度相关）。
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若你需要进一步处理 SAX 事件，便可使用模板类 `GenericSchemaValidator` 去设置校验器的输出 `Handler`：
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~~~
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MyHandler handler;
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GenericSchemaValidator<SchemaDocument, MyHandler> validator(schema, handler);
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Reader reader;
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if (!reader.Parse(ss, validator)) {
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if (!validator.IsValid()) {
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// ...
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}
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}
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~~~
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### 生成
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我们也可以在生成（serialization）的时候进行校验。这能确保输出的 JSON 符合一个 JSON Schema。
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~~~
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StringBuffer sb;
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Writer<StringBuffer> writer(sb);
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GenericSchemaValidator<SchemaDocument, Writer<StringBuffer> > validator(s, writer);
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if (!d.Accept(validator)) {
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// Some problem during Accept(), it may be validation or encoding issues.
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if (!validator.IsValid()) {
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// ...
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}
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}
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~~~
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当然，如果你的应用仅需要 SAX 风格的生成，那么只需要把 SAX 事件由原来发送到 `Writer`，改为发送到 `SchemaValidator`。
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## 远程 Schema
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JSON Schema 支持 [`$ref` 关键字](http://spacetelescope.github.io/understanding-json-schema/structuring.html)，它是一个 [JSON pointer](doc/pointer.zh-cn.md) 引用至一个本地（local）或远程（remote） schema。本地指针的首字符是 `#`，而远程指针是一个相对或绝对 URI。例如：
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~~~js
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{ "$ref": "definitions.json#/address" }
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~~~
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由于 `SchemaDocument` 并不知道如何处理那些 URI，它需要使用者提供一个 `IRemoteSchemaDocumentProvider` 的实例去处理。
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~~~
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class MyRemoteSchemaDocumentProvider : public IRemoteSchemaDocumentProvider {
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public:
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virtual const SchemaDocument* GetRemoteDocument(const char* uri, SizeTyp length) {
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// Resolve the uri and returns a pointer to that schema.
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}
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};
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// ...
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MyRemoteSchemaDocumentProvider provider;
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SchemaDocument schema(sd, &provider);
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~~~
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## 标准的符合程度
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RapidJSON 通过了 [JSON Schema Test Suite](https://github.com/json-schema/JSON-Schema-Test-Suite) (Json Schema draft 4) 中 263 个测试的 262 个。
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没通过的测试是 `refRemote.json` 中的 "change resolution scope" - "changed scope ref invalid"。这是由于未实现 `id` schema 关键字及 URI 合并功能。
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除此以外，关于字符串类型的 `format` schema 关键字也会被忽略，因为标准中并没需求必须实现。
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### 正则表达式
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`pattern` 及 `patternProperties` 这两个 schema 关键字使用了正则表达式去匹配所需的模式。
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RapidJSON 实现了一个简单的 NFA 正则表达式引擎，并预设使用。它支持以下语法。
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|语法|描述|
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|------|-----------|
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|`ab` | 串联 |
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|`a|b` | 交替 |
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|`a?` | 零或一次 |
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|`a*` | 零或多次 |
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|`a+` | 一或多次 |
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|`a{3}` | 刚好 3 次 |
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|`a{3,}` | 至少 3 次 |
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|`a{3,5}`| 3 至 5 次 |
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|`(ab)` | 分组 |
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|`^a` | 在开始处 |
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|`a$` | 在结束处 |
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|`.` | 任何字符 |
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|`[abc]` | 字符组 |
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|`[a-c]` | 字符组范围 |
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|`[a-z0-9_]` | 字符组组合 |
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|`[^abc]` | 字符组取反 |
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|`[^a-c]` | 字符组范围取反 |
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|`[\b]` | 退格符 (U+0008) |
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|`\|`, `\\`, ... | 转义字符 |
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|`\f` | 馈页 (U+000C) |
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|`\n` | 馈行 (U+000A) |
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|`\r` | 回车 (U+000D) |
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|`\t` | 制表 (U+0009) |
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|`\v` | 垂直制表 (U+000B) |
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对于使用 C++11 编译器的使用者，也可使用 `std::regex`，只需定义 `RAPIDJSON_SCHEMA_USE_INTERNALREGEX=0` 及 `RAPIDJSON_SCHEMA_USE_STDREGEX=1`。若你的 schema 无需使用 `pattern` 或 `patternProperties`，可以把两个宏都设为零，以禁用此功能，这样做可节省一些代码体积。
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## 性能
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大部分 C++ JSON 库都未支持 JSON Schema。因此我们尝试按照 [json-schema-benchmark](https://github.com/ebdrup/json-schema-benchmark) 去评估 RapidJSON 的 JSON Schema 校验器。该评测测试了 11 个运行在 node.js 上的 JavaScript 库。
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该评测校验 [JSON Schema Test Suite](https://github.com/json-schema/JSON-Schema-Test-Suite) 中的测试，当中排除了一些测试套件及个别测试。我们在 [`schematest.cpp`](test/perftest/schematest.cpp) 实现了相同的评测。
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在 MacBook Pro (2.8 GHz Intel Core i7) 上收集到以下结果。
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|校验器|相对速度|每秒执行的测试数目|
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|---------|:------------:|:----------------------------:|
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|RapidJSON|155%|30682|
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|[`ajv`](https://github.com/epoberezkin/ajv)|100%|19770 (± 1.31%)|
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|[`is-my-json-valid`](https://github.com/mafintosh/is-my-json-valid)|70%|13835 (± 2.84%)|
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|[`jsen`](https://github.com/bugventure/jsen)|57.7%|11411 (± 1.27%)|
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|[`schemasaurus`](https://github.com/AlexeyGrishin/schemasaurus)|26%|5145 (± 1.62%)|
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|[`themis`](https://github.com/playlyfe/themis)|19.9%|3935 (± 2.69%)|
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|[`z-schema`](https://github.com/zaggino/z-schema)|7%|1388 (± 0.84%)|
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|[`jsck`](https://github.com/pandastrike/jsck#readme)|3.1%|606 (± 2.84%)|
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|[`jsonschema`](https://github.com/tdegrunt/jsonschema#readme)|0.9%|185 (± 1.01%)|
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|[`skeemas`](https://github.com/Prestaul/skeemas#readme)|0.8%|154 (± 0.79%)|
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|tv4|0.5%|93 (± 0.94%)|
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|[`jayschema`](https://github.com/natesilva/jayschema)|0.1%|21 (± 1.14%)|
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换言之，RapidJSON 比最快的 JavaScript 库（ajv）快约 1.5x。比最慢的快 1400x。
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