Python基础入门 Day99 JSON 数据处理

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在现代编程中，JSON（JavaScript Object Notation）是一种非常常用的数据交换格式。它轻量、可读性强，并且在不同编程语言之间广泛支持。Python 提供了内置的 json 模块来处理 JSON 数据，包括字符串与字典之间的转换，以及文件的读写操作。

JSON 的基本概念
JSON 的数据格式与 Python 的字典和列表非常相似：

对象（object）对应 Python 中的字典 dict。
数组（array）对应 Python 中的列表 list。
字符串、数字、布尔值和 null 与 Python 中的 str、int/float、True/False、None 一一对应。

示例 JSON 数据：

{
  "name": "Alice",
  "age": 25,
  "is_student": false,
  "hobbies": ["reading", "coding", "traveling"]
}

JSON 字符串与 Python 对象转换
使用 json.loads() 可以将 JSON 字符串转为 Python 对象，使用 json.dumps() 可以将 Python 对象转为 JSON 字符串。

import json

# JSON 字符串
json_str = '{"name": "Alice", "age": 25, "is_student": false}'

# 转换为 Python 对象
data = json.loads(json_str)
print(data)             # {'name': 'Alice', 'age': 25, 'is_student': False}
print(type(data))       # <class 'dict'>

# 将 Python 对象转为 JSON 字符串
new_json = json.dumps(data)
print(new_json)         # {"name": "Alice", "age": 25, "is_student": false}

JSON 文件的读写
通常我们需要从 JSON 文件中读取数据，或者将数据保存到 JSON 文件中。

import json

# 写入 JSON 文件
data = {
    "name": "Bob",
    "age": 30,
    "languages": ["Python", "JavaScript", "Go"]
}
with open("data.json", "w", encoding="utf-8") as f:
    json.dump(data, f, ensure_ascii=False, indent=4)

# 读取 JSON 文件
with open("data.json", "r", encoding="utf-8") as f:
    loaded_data = json.load(f)

print(loaded_data)

这里的 ensure_ascii=False 用于保证写入时支持中文，indent=4 用于让 JSON 文件更加美观。

处理复杂数据
在实际应用中，JSON 常常嵌套多个层级，Python 依旧可以很好地处理：

import json

json_str = '''
{
    "company": "Tech Co.",
    "employees": [{"name": "Alice", "role": "Developer"},
        {"name": "Bob", "role": "Designer"}
    ],
    "active": true
}
'''

data = json.loads(json_str)
print(data["company"])              # Tech Co.
print(data["employees"][0]["name"]) # Alice

数据交换场景中的 JSON
JSON 在网络编程中非常重要，常用于 API 数据交换。例如，调用一个天气 API，返回的结果往往是 JSON 格式：

import json

api_response = '{"city": "Beijing", "temp": 26, "condition": "Sunny"}'
weather = json.loads(api_response)

print(f" 城市: {weather['city']}，温度: {weather['temp']}°C，天气: {weather['condition']}")

JSON 的序列化和反序列化注意事项

Python 的字典键必须是字符串，才能正确转换为 JSON。
Python 的 tuple 在转换为 JSON 时会变成 list。
Python 的 set 无法直接转换，需要先转换为 list。

示例：

import json

data = {"numbers": (1, 2, 3),    # 元组会变为列表
    "unique": list({1, 2, 3})  # 集合需先转换为列表
}

json_str = json.dumps(data)
print(json_str)  # {"numbers": [1, 2, 3], "unique": [1, 2, 3]}

总结：
在这一节中，我们学习了如何使用 Python 的 json 模块进行数据处理，包括字符串与对象之间的转换、文件的读写，以及嵌套 JSON 的访问。掌握 JSON 数据处理是与网络接口、数据存储打交道的重要技能，为后续的网络编程与数据分析打下了坚实的基础。

练习与思考：