Python3爬虫进阶：JSON文件存储

JSON，全称为JavaScript Object Notation, 也就是JavaScript对象标记，它通过对象和数组的组合来表示数据，构造简洁但是结构化程度非常高，是一种轻量级的数据交换格式。本节中，我们就来了解如何利用Python保存数据到JSON文件。

1. 对象和数组

在JavaScript语言中，一切都是对象。因此，任何支持的类型都可以通过JSON来表示，例如字符串、数字、对象、数组等，但是对象和数组是比较特殊且常用的两种类型，下面简要介绍一下它们。

对象：它在JavaScript中是使用花括号{}包裹起来的内容，数据结构为{key1：value1, key2：value2, …}的键值对结构。在面向对象的语言中，key为对象的属性，value为对应的值。键名可以使用整数和字符串来表示。值的类型可以是任意类型。

数组：数组在JavaScript中是方括号[]包裹起来的内容，数据结构为["java", "javascript", "vb", …]的索引结构。在JavaScript中，数组是一种比较特殊的数据类型，它也可以像对象那样使用键值对，但还是索引用得多。同样，值的类型可以是任意类型。

所以，一个JSON对象可以写为如下形式：

[{
    "name": "Bob",
    "gender": "male",
    "birthday": "1992-10-18"
}, {
     "name": "Selina",
    "gender": "female",
    "birthday": "1995-10-18"
}]

由中括号包围的就相当于列表类型，列表中的每个元素可以是任意类型，这个示例中它是字典类型，由大括号包围。

JSON可以由以上两种形式自由组合而成，可以无限次嵌套，结构清晰，是数据交换的极佳方式。

2. 读取JSON

Python为我们提供了简单易用的库来实现JSON文件的读写操作，我们可以调用库的loads()方法将JSON文本字符串转为JSON对象，可以通过dumps()方法将JSON对象转为文本字符串。

例如，这里有一段JSON形式的字符串，它是str类型，我们用Python将其转换为可操作的数据结构，如列表或字典：

import json
str = '''
[{
    "name": "Bob",
    "gender": "male",
    "birthday": "1992-10-18"
}, {
    "name": "Selina",
    "gender": "female",
    "birthday": "1995-10-18"
}]
'''
print(type(str))
data = json.loads(str)
print(data)
print(type(data))

运行结果如下：

<class 'str'>
[{'name': 'Bob', 'gender': 'male', 'birthday': '1992-10-18'}, {'name': 'Selina', 'gender': 'female', 'birthday': 
'1995-10-18'}]
<class 'list'>

这里使用loads()方法将字符串转为JSON对象。由于最外层是中括号，所以最终的类型是列表类型。

这样一来，我们就可以用索引来获取对应的内容了。例如，如果想取第一个元素里的name属性，就可以使用如下方式：

data[0]['name']
data[0].get('name')

得到的结果都是：

Bob

通过中括号加0索引，可以得到第一个字典元素，然后再调用其键名即可得到相应的键值。获取键值时有两种方式，一种是中括号加键名，另一种是通过get()方法传入键名。这里推荐使用get()方法，这样如果键名不存在，则不会报错，会返回None。另外，get()方法还可以传入第二个参数（即默认值），示例如下：

data[0].get('age')
data[0].get('age', 25)

运行结果如下：

None
25

这里我们尝试获取年龄age，其实在原字典中该键名不存在，此时默认会返回None。如果传入第二个参数（即默认值），那么在不存在的情况下返回该默认值。

值得注意的是，JSON的数据需要用双引号来包围，不能使用单引号。例如，若使用如下形式表示，则会出现错误：

import json
str = '''
[{
    'name': 'Bob',
    'gender': 'male',
    'birthday': '1992-10-18'
}]
'''
data = json.loads(str)

运行结果如下：

json.decoder.JSONDecodeError: Expecting property name enclosed in double quotes: line 3 column 5 (char 8)

这里会出现JSON解析错误的提示。这是因为这里数据用单引号来包围，请千万注意JSON字符串的表示需要用双引号，否则loads()方法会解析失败。

如果从JSON文本中读取内容，例如这里有一个data.文本文件，其内容是刚才定义的JSON字符串，我们可以先将文本文件内容读出，然后再利用loads()方法转化：

import json
with open('data.json', 'r') as file:
    str = file.read()
    data = json.loads(str)
    print(data)

运行结果如下：

[{'name': 'Bob', 'gender': 'male', 'birthday': '1992-10-18'}, {'name': 'Selina', 'gender': 'female', 'birthday': 
'1995-10-18'}]

3. 输出JSON

另外，我们还可以调用dumps()方法将JSON对象转化为字符串。例如，将上例中的列表重新写入文本：

import json
data = [{
    'name': 'Bob',
    'gender': 'male',
    'birthday': '1992-10-18'
}]
with open('data.json', 'w') as file:
    file.write(json.dumps(data))

利用dumps()方法，我们可以将JSON对象转为字符串，然后再调用文件的write()方法写入文本，结果如图5-2所示。

另外，如果想保存JSON的格式，可以再加一个参数indent，代表缩进字符个数。示例如下：

with open('data.json', 'w') as file:
    file.write(json.dumps(data, indent=2))

此时写入结果如图5-3所示。

这样得到的内容会自动带缩进，格式会更加清晰。

另外，如果JSON中包含中文字符，会怎么样呢？例如，我们将之前的JSON的部分值改为中文，再用之前的方法写入到文本：

import json
data = [{
    'name': '王伟',
    'gender': '男',
    'birthday': '1992-10-18'
}]
with open('data.json', 'w') as file:
    file.write(json.dumps(data, indent=2))

写入结果如图5-4所示。

可以看到，中文字符都变成了Unicode字符，这并不是我们想要的结果。

为了输出中文，还需要指定参数ensure_ascii为False，另外还要规定文件输出的编码：

with open('data.json', 'w', encoding='utf-8') as file:
    file.write(json.dumps(data, indent=2, ensure_ascii=False))

写入结果如图5-5所示。

可以发现，这样就可以输出JSON为中文了。

本节中，我们了解了用Python进行JSON文件读写的方法，后面做数据解析时经常会用到，建议熟练掌握。

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