Python JSON：エンコード、デコード、ファイル処理の実践ガイド

PythonにおけるJSONとは？

JSON（JavaScript Object Notation）は最も広く使われるテキストベースのデータ交換フォーマットです。Pythonではネイティブデータ構造に直接マッピング：オブジェクトはdict、配列はlist、文字列、数値、ブール値、nullはそれぞれstr、int/float、bool、Noneに対応。標準ライブラリのjsonモジュールがすべての変換を処理します。

PythonのJSONライブラリ

スクリプトで一度インポート：

import json

モジュールは4つのコアメソッドを提供：

メソッド	説明
dumps()	PythonオブジェクトをJSON文字列に変換
dump()	JSON文字列をファイルオブジェクトに直接書き込み
loads()	JSON文字列をPythonオブジェクトにパース
load()	JSONファイルを読み取りPythonオブジェクトにパース

PythonからJSONへ（エンコード）

エンコードはPythonデータ型をJSONに変換するプロセス。デフォルトマッピングは以下：

Python	JSON
dict	Object
list	Array
str	String
int	Number (int)
float	Number (real)
True	true
False	false
None	null

json.dumps()使用例：

import json
x = {
    "name": "Ken",
    "age": 45,
    "married": True,
    "children": ("Alice", "Bob"),
    "pets": ["Dog"],
    "cars": [
        {"model": "Audi A1", "mpg": 15.1},
        {"model": "Zeep Compass", "mpg": 18.1}
    ]
}
# キーをソートしてプリティプリント
sorted_string = json.dumps(x, indent=4, sort_keys=True)
print(sorted_string)

出力:

{
    "age": 45,
    "cars": [
        { "model": "Audi A1", "mpg": 15.1 },
        { "model": "Zeep Compass", "mpg": 18.1 }
    ],
    "children": [ "Alice", "Bob" ],
    "married": true,
    "name": "Ken",
    "pets": [ "Dog" ]
}

JSONオブジェクトをファイルに書き込みはjson.dump()で簡単：

with open('json_file.json', 'w') as file_write:
    json.dump(x, file_write, indent=4, sort_keys=True)

スクリプト実行後、json_file.jsonにシリアライズされたデータが含まれます。

JSONからPythonへ（デコード）

デコードは逆変換で、JSON文字列やファイルをネイティブPythonオブジェクトに戻します。変換テーブルはエンコードの鏡像：

JSON	Python
Object	dict
Array	list
String	str
Number (int)	int
Number (real)	float
true	True
false	False
null	None

json.loads()使用例：

import json
person_data = '{"person": {"name": "Kenn", "sex": "male", "age": 28}}'
obj = json.loads(person_data)
print(obj)
print(type(obj))
print(obj.get('person'))

出力:

{'person': {'name': 'Kenn', 'sex': 'male', 'age': 28}}
<class 'dict'>
{'name': 'Kenn', 'sex': 'male', 'age': 28}

JSONファイルを直接読み取り：

with open('json_file.json') as f:
    data = json.load(f)
print(data)

出力:

{'name': 'Ken', 'age': 45, ...}

コンパクトとプリティプリントエンコード

ネットワーク送信用にコンパクトエンコードで空白除去：

lst = ['a', 'b', 'c', {"4": 5, "6": 7}]
compact = json.dumps(lst, separators=(',', ':'))
print(compact)

出力:

["a","b","c",{"4":5,"6":7}]

人間可読用にプリティプリントでインデント：

dic = {"a": 4, "b": 5}
pretty = json.dumps(dic, indent=4, separators=(',', ': '))
print(pretty)

出力:

{
    "a": 4,
    "b": 5
}

複雑なオブジェクトのエンコード

jsonモジュールは任意のオブジェクトをシリアライズできません。complex数を扱うにはdefault関数を指定：

def complex_encode(o):
    if isinstance(o, complex):
        return [o.real, o.imag]
    raise TypeError(f"{repr(o)} is not JSON serializable")

print(json.dumps(4 + 5j, default=complex_encode))

出力:

[4.0, 5.0]

複雑なオブジェクトのデコード

object_hookでカスタムマーカーを検出し複素数を再構築：

def is_complex(obj):
    if "__complex__" in obj:
        return complex(obj["real"], obj["img"])
    return obj

complex_obj = json.loads('{"__complex__": true, "real": 4, "img": 5}', object_hook=is_complex)
print(complex_obj)

出力:

(4+5j)

シリアライゼーション/デシリアライゼーションクラス

JSONEncoderとJSONDecoderクラスで細かな制御：

JSONEncoder.default(o) – カスタムオブジェクトのシリアライズ用にオーバーライド
JSONEncoder.encode(o) – JSON文字列を返す
JSONEncoder.iterencode(o) – 出力文字列をイテレーション
JSONDecoder.decode(s) – JSON文字列をパース
JSONDecoder.raw_decode(s) – 指定インデックスからパース

例:

from json.encoder import JSONEncoder
print(JSONEncoder().encode({"colour": ["red", "yellow", "green"]}))

URLからJSON取得

requestsでライブJSONフィードをダウンロード（例: CityBike NYC）：

import json, requests
response = requests.get("https://feeds.citibikenyc.com/stations/stations.json")
bike_dict = json.loads(response.text)
print(bike_dict['stationBeanList'][0])

出力:

{'id': 487, 'stationName': 'E 20 St & FDR Drive', 'availableDocks': 24, ...}

JSON例外のハンドリング

主な例外はjson.JSONDecodeErrorで、ValueErrorのサブクラス。ハンドリング例：

try:
    with open('bad.json') as f:
        data = json.load(f)
except json.JSONDecodeError as e:
    print(f"不正なJSON: {e}")

特殊な数値

RFC 8259ではInfinityやNaNは許可されていませんが、Pythonエンコーダは文字列として表現：

print(json.dumps(float('inf')))
print(json.dumps(float('nan')))

出力:

Infinity
NaN

JSONでの重複キー

キーが複数回出現する場合、Pythonのjson.loads()は最後の出現のみを保持：

json.loads('{"a": 1, "a": 2, "a": 3}')  # -> {'a': 3}

コマンドラインツール

json.toolモジュールでコマンドラインからJSONフォーマットと検証：

$ echo '{"name": "Kings Arthur"}' | python3 -m json.tool
{
    "name": "Kings Arthur"
}

PythonでのJSONの利点

jsonモジュールによるネイティブサポート
プリティプリントで人間可読
API、設定、データストレージで広く採用
言語非依存で軽量

制限事項

カスタムエンコーダなしではカスタムデータ型非サポート
最大再帰深度で深くネストした構造に制限
大規模ドキュメントは完全読み込みでメモリ集約的になる可能性

Python JSONチートシート

関数	説明
json.dumps(obj)	PythonオブジェクトをJSON文字列にシリアライズ
json.dump(obj, file)	JSON文字列をファイルに書き込み
json.dumps(obj, separators=(",", ":"))	スペースなしのコンパクト表現
json.dumps(obj, indent=4)	インデント付きプリティプリントJSON
json.dumps(obj, sort_keys=True)	辞書キーをアルファベット順ソート
json.dumps(obj, default=custom)	非サポートオブジェクトをエンコード
JSONEncoder().encode(obj)	エンコーダクラス経由の手動シリアライズ
json.loads(s)	JSON文字列をPythonオブジェクトにパース
json.loads(s, object_hook=custom)	カスタムデシリアライズロジック
JSONDecoder().decode(s)	デコーダクラス経由の手動デシリアライズ