对Python中bytes的学习心得

前言

本人使用Python已有5年时间，但由于从事的是深度学习行业，因此并没有对Python有过较深的研究和掌握。前些时间打算温故知新，重新阅读Python编程教程，无意中看到了Python中有bytes类型和相关方法，因此做了一些充电，在此记录一下自己的心得。

1、什么是bytes

Python中的bytes类型用来表示字符的字节编码，即将原始字符转换为不同类型的编码序列，转换后的编码以字节为单位存储。在C++等语言中字符和字符串是两种不同的类型，字符类型保存了单个字符，例如一个字母、数字、标点或特殊符号，它们一般占用内存的一个字节，也可以保存单个中文汉字或中文标点，一般占用两个字节容量。
ascii字符类型在C++等语言中可以直接参与算术运算，运算时每一个字符按它们各自的ascii码值作为数字表示。依然记得当时记了一些字符的ascii码，例如‘a’是97，‘A’是65等。
而在Python中没有字符这种类型，单个字符也会被当作字符串处理，因此为方便编码转换而有了bytes类型。bytes可以方便地将不同格式的文件读入而不至于产生乱码，如文本、图片、视频等，也能够方便数据在电脑之间或网上传输而避免乱码和缺失等问题。

2、bytes的用法—编码和解码

Python中提供了三种方式来将字符串转换为bytes类型：
1、对于字母、数字、英文标点这样的ascii字符，直接在其前面缀上‘b’即可，如下所示：

s = b'I am learning Python programming.'
print(s)   
#结果输出：b'I am learning Python programming.'

输出结果表明，字符串s已经被转换为bytes类型了。
2、对于含有汉字等其它字符的字符串，可以使用bytes构造方法来实现转换，代码如下：

s = bytes('我正在学习Python编程', encoding='utf-8')
print(s)  
#结果输出：b'xe6x88x91xe6xadxa3xe5x9cxa8xe5xadxa6xe4xb9xa0Pythonxe7xbcx96xe7xa8x8b'

结果表明字符串也实现了bytes转换。方法中的‘encoding’参数用来指定编码类型，如‘utf-8’、’gbk‘、’gb2312‘等可以选择，不指定类型则默认为’utf-8’。对非ascii字符而言，不同的编码类型所得到的bytes值也不同，同时bytes编码也占用两个字节。
3、对于2中非ascii字符的情况，也可以使用encode方法实现bytes转换，代码如下：

s = '我正在学习Python编程'
print(s.encode('utf-8'))
#结果输出：b'xe6x88x91xe6xadxa3xe5x9cxa8xe5xadxa6xe4xb9xa0Pythonxe7xbcx96xe7xa8x8b'

同时，Python也提供了将bytes类型字符串还原为原始字符串的decode方法，其参数为编码类型，使用方法如下：

s = b'Python'
print(s.decode('utf-8'))
#结果输出：Python

默认解码类型也是‘utf-8’，要注意的是解码类型要与s编码时的bytes类型一致，否则会出现转换错误，例如下列情况：

s = '我正在学习Python编程'.encode('utf-8')
print(s.decode('gbk'))
#结果输出：Traceback (most recent call last):
  File "/Users/penny/PycharmProjects/Programming/test.py", line 10, in <module>
    print(s.decode('gbk'))
UnicodeDecodeError: 'gbk' codec can't decode byte 0xad in position 4: illegal multibyte sequence

解释器抛出UnicodeDecodeError异常，原因是字符串编码和解码所采用的规范不一致，导致了在解析非ascii字符时出现错误。
值得一提的是，在ascii字符集合中，不同编码规范下的bytes值是相同的，因此如果字符串中只包含这些字符，那么就算编码和解码不一致程序也不报错，如下测试所示：

s = 'Python'.encode('utf-8')
print(s.decode('gbk'))
#输出结果：Python

3、bytes的用法—字符的数值转换

既然bytes能够将字符串转换为编码序列，那么我们可以像C++那样将字符转换为数值类型，以满足编程中的需要。前面已经介绍过，C++中单个字符类型可以直接表示成对应的ascii数值，以便参与运算，而Python中是没有字符类型的，因此若要获取字符的编码值则需要借助下标索引。例如对字符串’ Python’，想要获取‘P’和’n’的编码值则需要使用以下方式：

s = b'Python'
print(s[0], s[5])
#输出结果：80 110

其中0和5对应着字符串中’P’和’n’的索引。对于汉字等非ascii字符，也需要先转换为bytes，再通过索引的方式获取编码值，只是汉字的编码值在一般程序设计中并不常用，值得注意的是由于汉字等字符的bytes为2个字节，因此编码中也由两个数值构成。

4、bytes的用法—文件的二进制读写

文件的读写操作分为普通和二进制两种，大多数情况下普通读写即可满足日常需求。二进制读写一般用于读取非文本文件时，例如图片、视频等。
我们探讨以二进制方式打开文本文件的情况，假设一个文本文件中保存了字符串’我正在学习Python编程’，以二进制将其打开并读入后，得到的就是该字符串的bytes类型，如下所示：

with open('a.txt', 'rb') as f:
    print(f.read())
#文件‘a.txt’中的内容：我正在学习Python编程
#输出结果：b'xe6x88x91xe6xadxa3xe5x9cxa8xe5xadxa6xe4xb9xa0Pythonxe7xbcx96xe7xa8x8b'

而以二进制写入文本文件时，需要以bytes类型的字符串作为输入，否则程序就会报错，如下所示：

with open('a.txt', 'wb') as f:
    print(f.write('我正在学习Python编程'))
#输出结果：Traceback (most recent call last):
  File "/Users/penny/PycharmProjects/Programming/test.py", line 6, in <module>
    print(f.write('我正在学习Python编程'))
TypeError: a bytes-like object is required, not 'str'

错误提示为TypeError，要求输入必须为bytes相关类型。
我们将上文中的‘我正在学习Python编程’对应的bytes类型作为write函数的输入，以观察a.txt中的内容变化，结果如下所示：

with open('a.txt', 'wb') as f:
    print(f.write(b'xe6x88x91xe6xadxa3xe5x9cxa8xe5xadxa6xe4xb9xa0Pythonxe7xbcx96xe7xa8x8b'))
#程序执行前，a.txt内容为空。程序执行后，内容变为‘我正在学习Python编程’

由上述文件IO的测试结果表明，Python中的bytes类型也是用于二进制文件的输入和输出的。这里要注意的一点是bytes的编码必须和文件打开时指定的编码一致，否则也会报错。

4、字节数组—bytearray()

Python中的bytes类型是不可变的，这就意味着一旦将Python的字符串转换为bytes，就无法修改字符了，这点也较为不方便，因此Python提供了可变版本的bytes转换，方法名为bytesarray()，它可以更改转换后的bytes值。我们先看一个例子：

s = bytearray('Python', encoding='utf-8')
s[0]+=32
s = s.decode(encoding='utf-8')
print(s)
#输出结果：python

由结果不难看出，在对可变字符序列中的第一个bytes值增加偏移量32后，字符串中的‘P’变成了小写字母“p”. 接下来我们尝试实现两个功能—字符串的加密，以及输出UTF-8中的前20个汉字。

4.1 字符串的加密

很多应用场景下需要对传输信息进行加密，以保证安全性，我们使用bytearray来实现一个简单的字符串加密和解密功能，要求加密后的字母是原内容在字母表后的第10个值，即偏移量为10，如果超出字母表则从A和a开始继续计数。代码如下：

def strencode(string):
    string_bytes = bytearray(string, encoding='utf-8')
    for i in range(len(string_bytes)):
        if 65<=string_bytes[i]<91 or 97<=string_bytes[i]<123:
            string_bytes[i] = 65+(string_bytes[i]-65+10)%26 if 65<=string_bytes[i]<91 else 97+(string_bytes[i]-97+10)%26
    return string_bytes.decode(encoding='utf-8')

def strdecode(string):
    string_bytes = bytearray(string, encoding='utf-8')
    for i in range(len(string_bytes)):
        if 65<=string_bytes[i]<91 or 97<=string_bytes[i]<123:
            string_bytes[i] = 90-((90-string_bytes[i])+10)%26 if 65<=string_bytes[i]<91 else 122-((122-string_bytes[i])+10)%26
    return string_bytes.decode(encoding='utf-8')
print(strencode('abcdef')) #输出结果：klmnop
print(strdecode('KLMPOP')) #输出结果：ABCFEF

代码中我们分别实现了加密函数strencode()和解密函数strdecode()，通过对不同的用例测试，结果表明bytearray的字符偏移计算能够有效地通过偏移编码值来改变字符。

4.2 输出Unicode编码表中的前20个汉字

在工作中有时需要查看编码表中的字符分布，以有效地定位或筛选不同的字符，本例我们筛选出utf-8编码表中位于前20的汉字，代码实现如下：

first20 = []
word = bytearray('一', encoding='utf-8')
for i in range(20):
    first20.append(word.decode())
    word[-1] += 1
print(first20)
#输出结果：['一', '丁', '丂', '七', '丄', '丅', '丆', '万', '丈', '三', '上', '下', '丌', '不', '与', '丏', '丐', '丑', '丒', '专']

值得注意的是，汉字在utf-8中由3个256位的bytes编码组成，因此迭代时需要将最后一个bytes加1才能定位到下一个汉字，如果改变了前两个编码则输出的就不是连续的汉字，甚至可能报错。上述测试结果表明，我们的代码能够实现utf-8中前20个汉字的打印。
好了，对于bytes的学习心得就分享到这了，如果小伙伴们阅读时发现了错误或不足之处，可以随时向博主提出哦，博主先闪了！

最后

以上就是伶俐花瓣为你收集整理的对Python中bytes的学习心得对Python中bytes的学习心得的全部内容，希望文章能够帮你解决对Python中bytes的学习心得对Python中bytes的学习心得所遇到的程序开发问题。

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