「GIS基础」JSON数据格式初探

Posted 2021-04-30 麻辣GIS

 

文/妙手 

生命不息，折腾不止

     

JSON和GeoJSON都是GIS领域广泛应用的数据交换格式，也是WebGIS中不可或缺的内容。通过本文，您可以初步认识JSON数据格式，它的数据类型、语法规则以及在javascript, Python, php语言下的读写，还可以简单了解一下JavaScript的发展历程，在下一篇中，我们将介绍JSON数据格式在GIS领域的运用。

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简介

JSON 是一种轻量级的数据交换格式，易于人阅读和编写，易于机器解析和生成，它的出现基于JavaScript的一个子集，关于ECMA-262，涉及到JavaScript的发展历程，放在了文末，大家感兴趣的话可以了解一下。

JSON 是一种完全独立于语言的文本格式，但是也遵守一些常见语言的习惯（像C，C++，C#, Java, JavaScript, Perl, Python）正因如此，JSON成为一门理想的数据交换语言。

JSON让数据交换变得轻松，通常是程序和数据库间的数据交换，JSON为满足实时的服务器与浏览器间的交流的需要而出现。

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数据类型

JSON只包括数字、字符串、布尔值、数组、对象、Null六种数据类型。

数字：并不区分整型和浮点型；

字符串：表示为 “…”；

布尔值：表示为True或者False；

数组：表示为 […]；

对象：表示为 {…}；

Null: 表示空值

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语法规则

JSON 语法有以下2大规则 

1. “名/值“对的集合（也就是常说的键值对），不同的语言中，它被理解为对象、记录、结构、字典、哈希表、有键列表或者关联数组；

2. 值的有序列表，大多语言中，它被理解为数组、矢量、列表或者序列。

这两种结构让小编联想到对象数组 {[…]}，数组对象 [{…}]的概念。

这些都是常见的数据结构，假如所有的现代编程语言都以某种形式支持它们（目前主流编程语言都支持），使得一种数据格式在这些编程语言间沟通成为可能。

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具体例子

初步了解后，我们来看一个具体的例子，更加直观，便于理解。

很容易可以理解上图中代码的意思，JSON有着易于人的阅读和编写的特性，图中为一个检查是否为合法JSON格式的网站：https://jsonlint.com/ ，推荐给大家。PS：使用VSCode这类的编辑器也会自带检测JSON合法性。

举一个具体使用的例子，一个动态网页想从服务器获得数据时，服务器从数据库查找数据，然后把数据转换为JSON格式，这样网页的脚本代码就可以把此JSON字符串解析为内部的数据格式去使用。

上述过程可以分为两大步骤，第一步将数据编码成JSON字符串，我们称之为stringify，第二步把JSON字符串解析为数据，我们称之为parse

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JavaScript读写JSON

核心是JavaScript语言中的JSON对象，该对象有两个方法，stringify() 和parse()，很好的对应着上文的两个步骤，当然，JSON本就出自JavaScript的子集，对JavaScript支持的如此自然也不足为奇。

JSON.stringify()

方法JSON.stringify()将JavaScript对象编码成JSON字符串

转换结果：

JSON.parse()

方法JSON.parse()将JSON字符串解析为JavaScript对象

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Python读写JSON

使用JSON函数需要导入json库：import json

与对应上文的两个步骤相对应，这里也同样有两个函数json.dumps()和json.loads()，我们依次介绍:

json.dumps()

方法json.dumps()将Python对象编码成JSON字符串

Python原始数据向json类型的转换对照表：

dict	object
list, tuple	array
str, unicode	string
int, long, float	number
True	true
False	false
None	null

json.loads()

方法json.load()将JSON字符串解析为Python对象

JSON类型转换到python的类型对照表：

object	dict
array	list
string	unicode
number(int)	int, long
number(real)	float
true	True
false	False
null	None

结合两个对照表，我们发现将Python对象编码成JSON字符串后，再将该JSON字符串解析为Python对象有时候会和初始的Python对象有所不同，认识到其实编码和解码两个过程不是完全互逆的。

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PHP读写JSON

对应上文提到的两个步骤，这里也同样有两个函数json_encode()和json_decode()，我们依次来看：

json_encode()

方法json_encode()将PHP对象编码成JSON字符串

json_decode()

方法json_decode()将JSON字符串解码为PHP对象

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扩展：ECMA-262

ECMA是一家国际标准化组织，简单说就是制定、发布相关技术标准的组织，该组织出版了约370个标准和90篇技术报告，其中ECMA-262是专门关于ECMAScript的标准规范。

ECMA-262也在不断的发展、完善，至今为止已经到第十版。

1	1997年6月	首版
2	1998年6月	格式修正，以使其形式与ISO/IEC16262国际标准一致
3	1999年12月	正则表达式、新的控制指令、异常处理等
4	放弃
5	2009年12月	扩展Object、Array、Function等原生对象，添加JSON原生对象，引入了严格模式（strict mode）
5.1	2011年6月	成为ISO国际标准（ISO/IEC 16262:2011）
6	2015年6月	官方名称ECMAScript 2015, 也称ES6，添加类和模块机制、迭代器、箭头函数等等
7	2016年6月	ES2016
8	2017年6月	ES2017
9	2018年6月	ES2018 包含了异步循环、生成器等
10	2019年6月	ES2019

今年推出的ES2019

笔者还在ES6挣扎，对之后的版本特性并没有过多了解，故在此不多介绍。说了这么多，ECMAScript和JavaScript有什么关系？ECMAScript 不是一种编程语言，仅仅是一种脚本语言规范，不支持输入输出，ECMAScript的实现需要主机环境，浏览器端就是一种宿主环境，ECMAScript在浏览器端的实现就是JavaScript. 此外还有其他的主机环境，ECMAScript在服务器端的实现是NodeJS. 一句话来说，ECMAScript是JavaScript的规范，JavaScript是ECMAScript的实现。

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总结

总结一下本文，我们初步认识了JSON数据格式，它的数据类型、语法规则，简单了解其在JavaScript, Python, PHP语言下的读写，现在我们已经做好了学习JSON和GeoJSON数据格式在GIS领域运用的充分准备，下次见~

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