Python 文件操作：JSON 格式

JSON（JavaScript Object Notation）是一种轻量级的数据交换格式，被广泛用于网络通信、配置文件和数据存储。

它以纯文本形式保存结构化数据，既简洁又通用，几乎所有编程语言（包括 Python）都能原生解析。

在 Python 的数据世界中，JSON 是最自然的语言，它既像字典（dict），又像文件（file），既能直接表示结构，又能方便地持久化保存。

文件扩展名： .json

推荐编码： UTF-8（跨平台通用）

一、JSON 格式的基本特性

JSON 数据由两种基本结构组成：

1、对象（Object）：由一组键值对（key-value）构成，键必须是字符串。

json 复制代码

{"name": "Alice", "age": 25}

2、数组（Array）：用中括号 [] 表示的有序数据集合。

cs 复制代码

[1, 2, 3]

其他数据类型还有字符串、数字、布尔值、空值（null）等。

JSON 整体语法规则简洁、可嵌套、可跨语言通用。

二、Python 与 JSON 的数据映射关系

JSON 与 Python 的数据类型几乎一一对应，使得 JSON 与 Python 数据结构之间的互操作非常自然，非常利于序列化（Python → JSON）与反序列化（JSON → Python）操作。

JSON 数据类型	Python 对应类型	示例说明
对象（object）	字典（dict）	`{"name": "小艾", "age": 18}` → `{"name": "小艾", "age": 18}`
数组（array）	列表（list）	[1, 2, 3] → ``[1, 2, 3]
字符串（string）	字符串（str）	"hello" → ``'hello'
数字（number）	整数或浮点数（int/float）	42 → 42 3.14 → 3.14
true / false / null	True / False / None	true → True false → False null → None

示例：类型映射演示

bash 复制代码

import json
# 构造 JSON 文本json_text = """{    "name": "小艾",    "age": 18,    "score": 92.5,    "hobbies": ["reading", "cycling", "music"],    "married": false,    "children": null}"""
# 反序列化（JSON → Python）data = json.loads(json_text)print("JSON 转 Python：")print(type(data), "→", data)print()
# 验证各类型映射print("name:", data["name"], type(data["name"]))          # strprint("age:", data["age"], type(data["age"]))             # intprint("score:", data["score"], type(data["score"]))       # floatprint("hobbies:", data["hobbies"], type(data["hobbies"])) # listprint("married:", data["married"], type(data["married"])) # boolprint("children:", data["children"], type(data["children"])) # NoneType
# 序列化（Python → JSON）json_back = json.dumps(data, ensure_ascii=False, indent=2)print("\nPython 转 JSON：")print(json_back)

输出示例：

javascript 复制代码

JSON 转 Python：<class 'dict'> → {'name': '小艾', 'age': 18, 'score': 92.5, 'hobbies': ['reading', 'cycling', 'music'], 'married': False, 'children': None}
name: 小艾 <class 'str'>age: 18 <class 'int'>score: 92.5 <class 'float'>hobbies: ['reading', 'cycling', 'music'] <class 'list'>married: False <class 'bool'>children: None <class 'NoneType'>
Python 转 JSON：{  "name": "小艾",  "age": 18,  "score": 92.5,  "hobbies": [    "reading",    "cycling",    "music"  ],  "married": false,  "children": null}

说明：

• json.loads()：将 JSON 字符串解析为 Python 对象。

• json.dumps()：将 Python 对象转为 JSON 字符串。

• ensure_ascii=False：防止中文被转义为 \uXXXX。

• indent=2：输出带缩进的易读格式（缩进 2 个空格）。

三、读取 JSON 文件

使用 json.load() 方法，可以直接将文件内容解析为 Python 对象。

python 复制代码

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

说明：

• json.load(f) 会自动解析文件中的 JSON 数据。

• 参数是文件对象（区别于 loads() 的字符串输入）。

• 解析结果类型取决于文件结构：对象 → 字典、数组 → 列表。

四、写入 JSON 文件

1、将 Python 对象写入 JSON 文件

使用 json.dump() 方法，可以将 Python 对象写入 JSON 文件。

python 复制代码

import json
data = {    "project": "AI Report",    "version": 1.0,    "completed": True,    "members": ["Alice", "Bob", "Charlie"]}
# 写入 JSON 文件with open("report.json", "w", encoding="utf-8") as f:    json.dump(data, f, ensure_ascii=False, indent=4)

说明：

• ensure_ascii=False：允许写入中文字符。

• indent=4：表示以 4 个空格缩进，生成更易读的格式。

• Python 会自动将字典转换为 JSON 对象。

2、更新 JSON 文件内容

更新 JSON 的流程是：读取 → 修改 → 写回。

python 复制代码

import json
# 读取原文件with open("report.json", "r", encoding="utf-8") as f:    config = json.load(f)
# 修改数据config["version"] = 2.0config["members"] = ["小艾", "小包", "小咖"]
# 写回文件with open("report.json", "w", encoding="utf-8") as f:    json.dump(config, f, ensure_ascii=False, indent=4)

应用场景：

常用于配置文件（config.json）、应用设置、版本管理等。

3、在内存中生成 JSON（使用 StringIO）

使用 io.StringIO() 可以在内存中构建 JSON 字符串，而不写入硬盘文件。

python 复制代码

from io import StringIOimport json
buffer = StringIO()data = {"language": "Python", "topic": "JSON 操作", "level": "基础"}
json.dump(data, buffer, ensure_ascii=False, indent=2)
# 获取内存中的 JSON 内容json_content = buffer.getvalue()print(json_content)

说明：

• StringIO 提供"类文件"对象，可像文件一样使用。

• 适用于临时数据生成、API 响应模拟或内存数据缓存。

五、异常与安全性处理

JSON 文件解析失败或不存在时，会抛出异常。应在程序中进行捕获，保证程序稳定运行。

python 复制代码

import json
try:    with open("data.json", "r", encoding="utf-8") as f:        data = json.load(f)        print(data)except json.JSONDecodeError as e:    print("JSON 格式错误：", e)except FileNotFoundError:    print("文件未找到！")

说明：

• json.JSONDecodeError：JSON 内容格式错误。

• FileNotFoundError：目标文件不存在。

• 建议在生产代码中始终加入异常捕获。

六、应用实例：学生成绩管理

下面的示例演示了如何使用 JSON 存储和读取学生成绩。

python 复制代码

import json
students = [    {"name": "小艾", "score": 92},    {"name": "小包", "score": 85},    {"name": "小咖", "score": 78}]
# 写入 JSON 文件with open("scores.json", "w", encoding="utf-8") as f:    json.dump(students, f, ensure_ascii=False, indent=2)
# 读取 JSON 文件with open("scores.json", "r", encoding="utf-8") as f:    data = json.load(f)
# 输出结果for student in data:    print(f"{student['name']} 的成绩：{student['score']}")

输出：

go 复制代码

小艾 的成绩：92小包 的成绩：85小咖 的成绩：78

📘 小结

JSON 是结构化数据的理想存储格式，具有以下优势：

🔹与 Python 的 dict、list 结构天然兼容。

🔹支持文件与字符串两种读写方式。

🔹格式轻量，适合网络传输。

🔹可读性高，易于人类与机器共享。

🔹适用于配置文件、日志、数据接口等多场景。

在 Python 文件操作中，JSON 是最常用、最通用的格式之一。

掌握 json.load()、json.dump()、json.loads()、json.dumps() 四个核心函数，即可完成从内存结构到可交换文件的高效转换。

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