Python dict 转 json

1. 什么是 JSON？

JSON（JavaScript Object Notation）是一种轻量级的数据交换格式，常用于在不同操作系统或程序之间进行数据交换。它是一种文本格式，并且易于人类阅读和编写，同时也易于计算机解析和生成。JSON以简洁的方式表示数据结构，由键值对组成，其中键用引号括起来，值可以是字符串、数字、布尔值、数组、对象或者null。

JSON 被广泛用于 Web 应用程序中，特别是与服务端和前端的数据交互。在 Python 中，我们可以使用内置的 json 库来实现 dict（字典）和 JSON 之间的转换。

2. JSON 序列化（Serialization）和反序列化（Deserialization）

JSON 序列化是将 Python 中的数据结构转换为 JSON 字符串的过程，而 JSON 反序列化则是将 JSON 字符串转换为 Python 中的数据结构的过程。

在序列化过程中，我们可以将 Python 字典（dict）转换为 JSON 格式的字符串，这样便于在网络上传输或保存到文件中。在反序列化过程中，我们可以将 JSON 字符串转换为 Python 字典，这样便于我们使用这些数据进行进一步的操作。

3. 使用 Python 内置的 json 模块实现 dict 转 JSON

Python 提供了一个内置的 json 模块，该模块中定义了许多用于处理 JSON 的方法和函数。为了将 Python 字典转换为 JSON 字符串，我们可以使用 json.dumps() 方法，为了将 JSON 字符串转换为 Python 字典，我们可以使用 json.loads() 方法。

下面是一个简单的示例，展示了如何使用 json 模块将字典转换为 JSON 格式的字符串，并将 JSON 字符串转换为字典：

import json

# 将字典转换为 JSON 格式的字符串
dict_data = {
    "name": "John",
    "age": 30,
    "city": "New York"
}
json_data = json.dumps(dict_data)
print(json_data)  # {"name": "John", "age": 30, "city": "New York"}

# 将 JSON 字符串转换为字典
json_data = '{"name": "John", "age": 30, "city": "New York"}'
dict_data = json.loads(json_data)
print(dict_data)  # {'name': 'John', 'age': 30, 'city': 'New York'}

输出如下所示：

{"name": "John", "age": 30, "city": "New York"}
{'name': 'John', 'age': 30, 'city': 'New York'}

通过这个示例，我们可以看到，json.dumps() 方法将字典转换为 JSON 字符串，json.loads() 方法将 JSON 字符串转换为字典。

4. 处理复杂的字典

在处理复杂的字典时，我们需要注意一些细节。如果字典中包含特殊类型的值，例如日期、时间或自定义类的对象，可能会出现转换错误或丢失数据的情况。在这些情况下，我们可以自定义 JSON 编码和解码的过程，以确保正确处理这些特殊类型的值。

4.1 处理日期和时间

如果字典中包含日期和时间类型的值，json 模块默认情况下无法直接将它们转换为 JSON 字符串。我们需要使用 datetime 模块中的 datetime 类将其转换为字符串表示。在反序列化时，同样需要将字符串转换为对应的日期和时间对象。

下面是一个示例，展示了如何处理包含日期和时间的字典：

import json
from datetime import datetime

# 将包含日期和时间的字典转换为 JSON 字符串
dict_data = {
    "name": "John",
    "birth_date": datetime(1990, 1, 1, 12, 0, 0),
    "last_login": datetime.now()
}

def json_encoder(obj):
    if isinstance(obj, datetime):
        return obj.strftime('%Y-%m-%d %H:%M:%S')
    raise TypeError("Object of type '%s' is not JSON serializable" % type(obj).__name__)

json_data = json.dumps(dict_data, default=json_encoder)
print(json_data)  
# {"name": "John", "birth_date": "1990-01-01 12:00:00", 
# "last_login": "2022-10-02 15:30:00.123456"}

# 将包含日期和时间的 JSON 字符串转换为字典
json_data = '{"name": "John", "birth_date": "1990-01-01 12:00:00", "last_login": "2022-10-02 15:30:00"}'

def json_decoder(d):
    if 'birth_date' in d:
        d['birth_date'] = datetime.strptime(d['birth_date'], '%Y-%m-%d %H:%M:%S')
    if 'last_login' in d:
        d['last_login'] = datetime.strptime(d['last_login'], '%Y-%m-%d %H:%M:%S')
    return d

dict_data = json.loads(json_data, object_hook=json_decoder)
print(dict_data)  
# {'name': 'John', 
# 'birth_date': datetime.datetime(1990, 1, 1, 12, 0), 
# 'last_login': datetime.datetime(2022, 10, 2, 15, 30)}

在这个示例中，我们定义了 json_encoder() 函数和 json_decoder() 函数来处理包含日期和时间的字典。json_encoder() 函数用于将日期和时间对象转换为字符串，json_decoder() 函数用于将字符串转换为日期和时间对象。

4.2 处理自定义类

如果字典中包含自定义类的对象，json 模块默认情况下无法直接将其转换为 JSON 字符串。在这种情况下，我们可以实现自定义的编码和解码方法，将自定义类转换为 JSON 字符串，以及将 JSON 字符串转换为自定义类。

下面是一个示例，展示了如何处理包含自定义类对象的字典：

import json

class Person:
    def __init__(self, name, age):
        self.name = name
        self.age = age

def encode_person(obj):
    if isinstance(obj, Person):
        return {"name": obj.name, "age": obj.age}
    raise TypeError("Object of type '%s' is not JSON serializable" % type(obj).__name__)

def decode_person(d):
    if 'name' in d and 'age' in d:
        return Person(d['name'], d['age'])
    return d

person = Person("John", 30)

# 将包含自定义类对象的字典转换为 JSON 字符串
dict_data = {
    "person": person
}
json_data = json.dumps(dict_data, default=encode_person)
print(json_data)  # {"person": {"name": "John", "age": 30}}

# 将包含自定义类对象的 JSON 字符串转换为字典
json_data = '{"person": {"name": "John", "age": 30}}'
dict_data = json.loads(json_data, object_hook=decode_person)
print(dict_data["person"].name)  # John
print(dict_data["person"].age)  # 30

在这个示例中，我们定义了一个名为 Person 的自定义类，并实现了 encode_person() 和 decode_person() 方法。encode_person() 方法用于将 Person 类对象转换为字典，decode_person() 方法用于将字典转换为 Person 类对象。

5. 格式化 JSON 输出

当使用 json.dumps() 方法将字典转换为 JSON 字符串时，默认情况下输出是紧凑的，难以阅读和调试。为了更好地可视化输出的 JSON 字符串，我们可以使用 indent 参数指定缩进的空格数。

下面是一个示例，展示了如何格式化输出 JSON 字符串：

import json

dict_data = {
    "name": "John",
    "age": 30,
    "city": "New York"
}

json_data = json.dumps(dict_data, indent=4)
print(json_data)

# 输出：
# {
#     "name": "John",
#     "age": 30,
#     "city": "New York"
# }