Python处理JSON文件的完整流程(读取、解析、修改和保存)
作者：mftang
JSON是一种轻量级的数据交换格式,易于人阅读和编写,也易于机器解析和生成,以下是 JSON 文件的完整定义方法和规范,本文还介绍了使用Python处理JSON文件的完整流程,包括读取、解析、修改和保存JSON数据的方法,需要的朋友可以参考下
概述
JSON（JavaScript Object Notation）是一种轻量级的数据交换格式，易于人阅读和编写，也易于机器解析和生成。以下是 JSON 文件的完整定义方法和规范。本文还介绍了使用Python处理JSON文件的完整流程，包括读取、解析、修改和保存JSON数据的方法。
1 JSON文件
1.1 JSON文件定义
JSON（JavaScript Object Notation）是一种轻量级的数据交换格式，易于人阅读和编写，同时也易于机器解析和生成。它基于JavaScript编程语言的一个子集，但是独立于语言，许多编程语言都支持JSON。
JSON文件通常用于存储和传输结构化的数据。一个JSON文件包含一个单独的JSON数据结构，这个结构可以是对象（在Python中对应字典）或数组（在Python中对应列表）。
{
"字符串": "Hello, World!",
"数字": 42,
"浮点数": 3.14159,
"布尔值_true": true,
"布尔值_false": false,
"空值": null,
"数组": [1, 2, 3, 4, 5],
"对象": {
"键": "值"
}
}1.2 JSON文件的基本结构
1) 对象（Object）
用花括号 {} 包围，表示一组无序的键值对。每个键值对中，键是一个字符串，值可以是字符串、数字、布尔值、数组、对象或null。键和值之间用冒号 : 分隔，键值对之间用逗号 , 分隔。
{
"基础类型示例": {
"string": "这是一个字符串",
"number": 123,
"float": 45.67,
"boolean_true": true,
"boolean_false": false,
"null_value": null
},
"数组示例": [
"apple",
"banana",
"cherry"
],
"嵌套对象示例": {
"user": {
"name": "张三",
"age": 30,
"email": "zhangsan@example.com"
}
}
}2) 数组（Array)
用方括号 [] 包围，表示一组有序的值。值可以是字符串、数字、布尔值、数组、对象或null。值之间用逗号 , 分隔。
["apple", "banana", "cherry"]
3) 值（Value）
可以是字符串、数字、布尔值、数组、对象或null。
JSON数据类型的详细说明：
- 字符串（String）：必须用双引号
"包围。例如："Hello"。 - 数字（Number）：可以是整数或浮点数，不需要引号。例如：
42、3.14。 - 布尔值（Boolean）：
true或false，不需要引号。 - 空值（Null）：
null，表示空值。 - 对象（Object）：如上所述。
- 数组（Array）：如上所述。
1.3 JSON文件的示例
一个典型的JSON文件可能如下所示（例如，一个表示用户信息的JSON文件）：
{
"$schema": "https://json-schema.org/draft/2020-12/schema",
"metadata": {
"version": "1.0.0",
"created": "2024-01-01T00:00:00Z",
"description": "示例 JSON 文件定义",
"author": "Developer"
},
"data": {
"users": [
{
"id": 1,
"username": "alice",
"profile": {
"firstName": "Alice",
"lastName": "Johnson",
"age": 28,
"email": "alice@example.com",
"phone": "+1234567890",
"address": {
"street": "123 Main St",
"city": "New York",
"state": "NY",
"zipCode": "10001",
"country": "USA"
}
},
"preferences": {
"theme": "dark",
"language": "en-US",
"notifications": true,
"newsletter": false
},
"socialMedia": {
"twitter": "@alicej",
"github": "alicejohnson",
"linkedin": "alice-johnson"
},
"tags": ["developer", "python", "javascript"],
"isActive": true,
"lastLogin": "2024-01-15T10:30:00Z",
"createdAt": "2023-06-01T08:00:00Z"
},
{
"id": 2,
"username": "bob",
"profile": {
"firstName": "Bob",
"lastName": "Smith",
"age": 35,
"email": "bob@example.com",
"phone": "+0987654321",
"address": {
"street": "456 Oak Ave",
"city": "Los Angeles",
"state": "CA",
"zipCode": "90210",
"country": "USA"
}
},
"preferences": {
"theme": "light",
"language": "en-GB",
"notifications": false,
"newsletter": true
},
"socialMedia": {
"twitter": "@bobsmith",
"github": null,
"linkedin": "bob-smith"
},
"tags": ["designer", "ui/ux", "figma"],
"isActive": true,
"lastLogin": "2024-01-14T15:45:00Z",
"createdAt": "2023-07-15T09:15:00Z"
}
],
"products": [
{
"id": "P001",
"name": "笔记本电脑",
"category": "electronics",
"price": 999.99,
"currency": "USD",
"inStock": true,
"stockQuantity": 50,
"specifications": {
"brand": "TechBrand",
"model": "X1 Carbon",
"processor": "Intel i7",
"ram": "16GB",
"storage": "512GB SSD",
"display": "14英寸"
},
"features": ["轻薄", "长续航", "高性能"],
"images": [
"https://example.com/images/product1-1.jpg",
"https://example.com/images/product1-2.jpg"
],
"reviews": [
{
"userId": 1,
"rating": 5,
"comment": "非常棒的笔记本电脑！",
"date": "2024-01-10T14:20:00Z"
},
{
"userId": 2,
"rating": 4,
"comment": "性能不错，但价格稍高",
"date": "2024-01-12T09:30:00Z"
}
],
"tags": ["laptop", "electronics", "portable"],
"warranty": {
"period": 24,
"unit": "months",
"type": "manufacturer"
}
}
],
"settings": {
"pagination": {
"pageSize": 20,
"maxPageSize": 100
},
"cache": {
"enabled": true,
"ttl": 3600
},
"api": {
"rateLimit": 1000,
"timeout": 30
}
}
},
"pagination": {
"totalUsers": 2,
"totalProducts": 1,
"currentPage": 1,
"totalPages": 1,
"hasNext": false,
"hasPrevious": false
}
}2 Python 解析JSON文件
2.1 解析Json方法
在Python中解析JSON文件通常使用内置的json模块。以下是一个简单的步骤：
- 导入json模块。
- 打开JSON文件。
- 使用json.load()函数加载文件内容。
注意：在打开文件时，我们使用with语句来自动处理文件的关闭。如果JSON文件包含数组，同样可以使用上述方法，返回的将是一个Python列表。另外，如果有一个JSON字符串，可以使用json.loads()函数来解析字符串。
2.2 解析JSON文件实例
下面是一个完整的Python程序，演示如何解析JSON文件，并提供多种操作JSON数据的方法。
该程序实现如下功能：
- 读取JSON文件：使用
json.load()函数读取JSON文件内容 - 显示JSON结构：递归显示JSON数据的层次结构
- 提取数据：从JSON中提取特定键的值
- 修改数据：向JSON数据中添加新内容
- 保存JSON文件：使用
json.dump()将数据保存为JSON文件 - 错误处理：处理文件不存在、JSON格式错误等异常情况
1） 源代码文件如下：
import json
import os
from datetime import datetime
def read_json_file(filename):
"""读取JSON文件并返回解析后的数据"""
try:
with open(filename, 'r', encoding='utf-8') as file:
data = json.load(file)
print(f"成功读取JSON文件: {filename}")
return data
except FileNotFoundError:
print(f"错误: 文件 {filename} 不存在")
return None
except json.JSONDecodeError as e:
print(f"错误: JSON格式不正确 - {e}")
return None
except Exception as e:
print(f"错误: 读取文件时发生错误 - {e}")
return None
def display_json_structure(data, indent=0):
"""递归显示JSON数据的结构"""
if isinstance(data, dict):
for key, value in data.items():
print(" " * indent + f"├─ {key} ({type(value).__name__})")
display_json_structure(value, indent + 1)
elif isinstance(data, list):
if data:
print(" " * indent + f"├─ 列表 [{len(data)} 个元素]")
# 只显示第一个元素的结构作为示例
if len(data) > 0:
display_json_structure(data[0], indent + 1)
else:
print(" " * indent + "├─ 空列表")
def extract_values(data, key_to_find):
"""递归查找JSON中特定键的所有值"""
results = []
if isinstance(data, dict):
for key, value in data.items():
if key == key_to_find:
results.append(value)
results.extend(extract_values(value, key_to_find))
elif isinstance(data, list):
for item in data:
results.extend(extract_values(item, key_to_find))
return results
def save_json_file(data, filename):
"""将数据保存为JSON文件"""
try:
with open(filename, 'w', encoding='utf-8') as file:
json.dump(data, file, ensure_ascii=False, indent=2)
print(f"成功保存JSON文件: {filename}")
except Exception as e:
print(f"错误: 保存文件时发生错误 - {e}")
def main():
# 示例JSON数据
sample_data = {
"users": [
{
"id": 1,
"name": "张三",
"email": "zhangsan@example.com",
"age": 28,
"is_active": True,
"registration_date": "2023-01-15",
"hobbies": ["阅读", "游泳", "编程"]
},
{
"id": 2,
"name": "李四",
"email": "lisi@example.com",
"age": 32,
"is_active": False,
"registration_date": "2022-11-03",
"hobbies": ["摄影", "旅行"]
},
{
"id": 3,
"name": "王五",
"email": "wangwu@example.com",
"age": 25,
"is_active": True,
"registration_date": "2023-03-22",
"hobbies": ["音乐", "烹饪", "健身", "绘画"]
}
],
"metadata": {
"total_users": 3,
"created": "2023-04-01",
"version": "1.0"
}
}
# 1. 创建示例JSON文件
filename = "sample_data.json"
save_json_file(sample_data, filename)
# 2. 读取JSON文件
data = read_json_file(filename)
if data is None:
return
print("\n" + "="*50)
print("JSON文件内容:")
print("="*50)
print(json.dumps(data, ensure_ascii=False, indent=2))
# 3. 显示JSON结构
print("\n" + "="*50)
print("JSON数据结构:")
print("="*50)
display_json_structure(data)
# 4. 提取特定信息
print("\n" + "="*50)
print("提取特定信息:")
print("="*50)
# 提取所有用户名
names = extract_values(data, "name")
print(f"所有用户名: {names}")
# 提取所有邮箱
emails = extract_values(data, "email")
print(f"所有邮箱: {emails}")
# 提取活跃用户
active_users = [user for user in data["users"] if user["is_active"]]
print(f"活跃用户数量: {len(active_users)}")
for user in active_users:
print(f" - {user['name']} ({user['email']})")
# 5. 修改数据
print("\n" + "="*50)
print("修改数据:")
print("="*50)
# 添加新用户
new_user = {
"id": 4,
"name": "赵六",
"email": "zhaoliu@example.com",
"age": 29,
"is_active": True,
"registration_date": datetime.now().strftime("%Y-%m-%d"),
"hobbies": ["篮球", "电影"]
}
data["users"].append(new_user)
data["metadata"]["total_users"] = len(data["users"])
data["metadata"]["updated"] = datetime.now().strftime("%Y-%m-%d %H:%M:%S")
print("添加新用户后:")
print(f"用户总数: {data['metadata']['total_users']}")
# 6. 保存修改后的数据
updated_filename = "updated_data.json"
save_json_file(data, updated_filename)
# 7. 验证保存的文件
print("\n" + "="*50)
print("验证保存的文件:")
print("="*50)
updated_data = read_json_file(updated_filename)
if updated_data:
print(f"更新后的用户总数: {updated_data['metadata']['total_users']}")
# 8. 清理: 删除创建的文件
print("\n" + "="*50)
print("清理:")
print("="*50)
for file_to_remove in [filename, updated_filename]:
if os.path.exists(file_to_remove):
os.remove(file_to_remove)
print(f"已删除文件: {file_to_remove}")
if __name__ == "__main__":
main()2） 运行结果如下：
成功保存JSON文件: sample_data.json
成功读取JSON文件: sample_data.json
==================================================
JSON文件内容:
==================================================
{
"users": [
{
"id": 1,
"name": "张三",
"email": "zhangsan@example.com",
"age": 28,
"is_active": true,
"registration_date": "2023-01-15",
"hobbies": [
"阅读",
"游泳",
"编程"
]
},
{
"id": 2,
"name": "李四",
"email": "lisi@example.com",
"age": 32,
"is_active": false,
"registration_date": "2022-11-03",
"hobbies": [
"摄影",
"旅行"
]
},
{
"id": 3,
"name": "王五",
"email": "wangwu@example.com",
"age": 25,
"is_active": true,
"registration_date": "2023-03-22",
"hobbies": [
"音乐",
"烹饪",
"健身",
"绘画"
]
}
],
"metadata": {
"total_users": 3,
"created": "2023-04-01",
"version": "1.0"
}
}
==================================================
JSON数据结构:
==================================================
├─ users (list)
├─ 列表 [3 个元素]
├─ id (int)
├─ name (str)
├─ email (str)
├─ age (int)
├─ is_active (bool)
├─ registration_date (str)
├─ hobbies (list)
├─ 列表 [3 个元素]
├─ metadata (dict)
├─ total_users (int)
├─ created (str)
├─ version (str)
==================================================
提取特定信息:
==================================================
所有用户名: ['张三', '李四', '王五']
所有邮箱: ['zhangsan@example.com', 'lisi@example.com', 'wangwu@example.com']
活跃用户数量: 2
- 张三 (zhangsan@example.com)
- 王五 (wangwu@example.com)
==================================================
修改数据:
==================================================
添加新用户后:
用户总数: 4
成功保存JSON文件: updated_data.json
==================================================
验证保存的文件:
==================================================
成功读取JSON文件: updated_data.json
更新后的用户总数: 4
==================================================
清理:
==================================================
已删除文件: sample_data.json
已删除文件: updated_data.json
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