理解Python中的JSON数据处理
JSON（JavaScript Object Notation）是一种广泛应用的数据交换格式。Python自带的JSON模块提供了处理JSON数据的强大功能。本文将引导您掌握在Python中使用JSON的方法。
学完本教程，您将能够：
- 理解JSON的基本概念。
- 掌握在Python中解析和生成JSON字符串的技巧。
- 学会如何在Python中读写JSON文件。
让我们开始探索吧！🚀
什么是JSON？
JSON，即JavaScript对象表示法，是一种基于文本的数据交换格式。虽然JSON最初受到JavaScript对象的启发，但现在几乎所有编程语言都支持它。
无论您是使用API接口还是查看配置文件，都有可能接触到JSON。
📑 JSON常用于API的数据传输，以及软件应用中的客户端-服务器通信。此外，JSON还可以作为通用数据存储的格式。
JSON的结构与Python字典非常相似。字典是Python中一种强大的内置数据结构，用于存储键值对。
在深入探讨之前，请注意以下几点：
- 在Python中，JSON对象会被解析为字典。
- JSON中的数组对应于Python列表。
- JSON中的布尔值表示为true和false，在Python中则对应True和False。
更多关于JSON到Python数据类型转换的详细信息，请参考官方文档。
由于json模块是Python标准库的一部分，无需额外安装，可以直接导入：
import json
如何在Python中加载JSON字符串
在Python中加载JSON字符串的基本语法如下：
<dict_obj> = json.loads(<json_str>)
其中：
<dict_obj>是将要加载JSON字符串的Python字典。<json_str>是有效的JSON字符串。
此操作会将<json_str>解析并存储到Python字典<dict_obj>中。
以下是一个示例。json_str是一个JSON字符串：
json_str="""
{
"books": [
{
"title": "The Wind in the Willows",
"author": "Kenneth Grahame",
"year": "1908"
},
{
"title": "To the Lighthouse",
"author": "Virginia Woolf",
"year": "1927"
}
]
}
"""
以下代码展示如何使用loads()方法将JSON字符串json_str加载到Python字典中。使用内置的type()函数可以验证py_dict确实是一个Python字典。
py_dict = json.loads(json_str)
type(py_dict)
# 输出: dict
print(py_dict)
# 输出
{'books': [{'title': 'The Wind in the Willows', 'author': 'Kenneth Grahame', 'year': '1908'}, {'title': 'To the Lighthouse', 'author': 'Virginia Woolf', 'year': '1927'}]}
如上述代码所示，JSON字符串中的所有字段都变成了py_dict中的键值对。
如何在Python中创建JSON字符串
如果有一个Python字典，该如何将其转换为JSON字符串呢？
可以使用dumps()方法，其语法如下：
<json_str> = json.dumps(<dict_obj>)
其中：
<dict_obj>是要转换为JSON字符串的Python字典。<json_str>是生成的JSON字符串。
因此，dumps()方法会将<dict_obj>转换为JSON字符串<json_str>。
让我们在现有的Python字典py_dict中添加一个新的键”movies”。代码如下：
py_dict["movies"] = [{"title":"The Imitation Game","year":"2014","lang":"en","watched":True}]
现在，使用dumps()方法将修改后的字典转换为一个新的JSON字符串json_str2。
json_str2 = json.dumps(py_dict)
print(json_str2)
# 输出
{"books": [{"title": "The Wind in the Willows", "author": "Kenneth Grahame", "year": "1908"}, {"title": "To the Lighthouse", "author": "Virginia Woolf", "year": "1927"}], "movies": [{"title": "The Imitation Game", "year": "2014", "lang": "en", "watched": true}]}
如上例所示，未格式化的JSON字符串难以阅读。可以使用可选参数indent来添加缩进，从而提高可读性。
通过将indent设置为一个整数，如2，即可实现缩进，如下所示：
json_str2 = json.dumps(py_dict, indent = 2)
print(json_str2)
# 输出
{
"books": [
{
"title": "The Wind in the Willows",
"author": "Kenneth Grahame",
"year": "1908"
},
{
"title": "To the Lighthouse",
"author": "Virginia Woolf",
"year": "1927"
}
],
"movies": [
{
"title": "The Imitation Game",
"year": "2014",
"lang": "en",
"watched": true
}
]
}
可以看到，输出已经使用了缩进进行格式化，更易于理解。
注意：💡如果需要按字母顺序对键进行排序，可以将sort_keys参数设置为True。
如下所示，键现在已按字母顺序排列：
json_str2 = json.dumps(py_dict, indent = 2, sort_keys=True)
print(json_str2)
# 输出
{
"books": [
{
"author": "Kenneth Grahame",
"title": "The Wind in the Willows",
"year": "1908"
},
{
"author": "Virginia Woolf",
"title": "To the Lighthouse",
"year": "1927"
}
],
"movies": [
{
"lang": "en",
"title": "The Imitation Game",
"watched": true,
"year": "2014"
}
]
}
键现在按照”author”、”title”和”year”的字母顺序显示。
至此，您已经学习了如何在Python中使用JSON字符串。接下来，您将学习如何使用JSON文件。
如何在Python中读取JSON文件
在Python中读取JSON文件的基本语法如下：
json.load(<json-file>)
其中<json-file>是有效的JSON文件。
请注意，这里使用的是load()方法，而不是loads()方法。 loads()用于加载JSON字符串，而load()用于加载JSON文件。
在Python中处理文件时，建议使用上下文管理器。当然，您也可以尝试不使用上下文管理器读取文件：
my_file = open('students.json','r')
contents = my_file.read()
print(contents)
file.close()
如果不关闭文件，可能会造成资源浪费。
而使用上下文管理器时，文件操作完成后会自动关闭。
使用上下文管理器读取文件的代码如下：
with open('students.json','r') as file:
data = json.load(file)
print(data)
# 输出
{'students': [{'roll_num': 'cs27', 'name': 'Anna', 'course': 'CS'}, {'roll_num': 'ep30', 'name': 'Kate', 'course': 'PHY'}]}
从文件中读取数据时，请确保将模式指定为读取模式，即代码中的’r’。
注意：为了方便访问当前目录下的文件，请确保JSON文件与main.py文件位于同一文件夹下。如果JSON文件位于其他文件夹，请指定文件的完整路径。
以下是读取JSON文件的示例。
接下来，您将学习如何写入JSON文件。✍
如何在Python中写入JSON文件
要写入现有的JSON文件或创建新的JSON文件，可以使用dump()方法，其语法如下：
json.dump(<dict_obj>,<json_file>)
其中：
<dict_obj>是Python字典。<json_file>是JSON文件。
以上语法将字典<dict_obj>写入到JSON文件<json_file>中。
在前一章节中，我们已经有字典py_dict。现在，让我们将其写入到一个新的JSON文件中，命名为new_file.json。
以下代码片段展示了如何使用dump()函数：
with open('new_file.json','w') as file:
json.dump(py_dict,file)
注意：以写入模式(‘w’)打开文件会覆盖文件原有的内容。如果文件不存在，则会创建一个新文件。
执行上述代码后，您会在当前工作目录下看到一个新的JSON文件。可以检查该JSON文件的内容。
在Python中创建JSON文件
写入文件时，数据的存储是核心目标。如果需要保留格式，还可以使用indent和sort_keys参数。
结论
⏲ 让我们快速回顾一下。
在本教程中，您学习了：
- JSON的基本概念。
- 如何分别使用
loads()和load()方法读取JSON字符串和JSON文件。 - 如何分别使用
dumps()和dump()方法将Python字典转换为JSON字符串和JSON文件。
希望本教程对您有所帮助。祝您学习愉快！
您还可以探索用于解析、格式化和验证的JSON工具。