python数据类型bytes 和 bytearray的使用与区别

作者:没有想象力 时间:2021-08-26 05:51:48 

bytes 和 bytearray

bytes 和 bytearray 都是二进制世界的成员,用二进制的方式去理解才能看清他的本质。

理解bytes 和 bytearray

0 和 1 是计算机工作的根本,单个的0和1只能表达两种状态,无法满足我们复杂的计算,于是计算机使用了8位即一个byte作为一个储存的基本单位。

byte 由 8bit 组成,例如   0000 0001  , 也可以表示为16进制的形式:0x01, 0x为固定前缀,表示该数使用16进制表示方式,此外0o前缀为8进制,0b为二进制形式,以此区分。bytes 从字面上理解是byte 的复数, 也就是多个byte组成的序列。这一点与字符串与字符的关系类似。

于是,我们可以这样理解,字符串是由一个个字符顺序储存组成的序列,其中每个元素为一个字符。bytes 是由一个个byte组成的序列,每一个元素是一个byte。

bytearray是一个由byte为元素组成的array,其中每一个元素为一个byte。在python官方文档中,作者简单的定义了这两个类型。翻译为

bytes:可以看作是一组二进制数值(0-255) 的 str 序列bytearray :可以看作是一组二进制数值(0-255) 的 list 序列

python中值的表示

在计算机中表示数有多种表示方式,普通的表示方式就是10进制的数值表示方法,例如a=10,此外还有8进制,16进制,2进制的表示方式,分别使用前缀0o和0x和0b表示。

a = 97
a = 0b01100001
a = 0x61
a = 0o301

使用上面4种方式定义的值均为十进制数97,也就是上面四种方式是等价得,只是使用不同的进制表示同一个值。

除了使用数值可以有不同的表示方式外,还可以使用字节的方式来定义一个值,而字节该如何书写?python使用了一个特殊字符串来表示字节,这个特殊字符可以使用前缀\x,\o, \b和\ 表示,分别表示16,8,2,10进制的表示方式,特殊字符后是对应的进制表示值。示例

a = "a"
a = "\b01100001"
a = "\x61"
a = "\o301"

同样得,这样得四种方式是等价得,a变量的值均为"a"。以上是单字节的字符的表示,多字节字符或者是一个字符串同样可以如此定义。

#  使用encode查看一下中国的二进制编码为

str.encode("中国")     #  ==>   b'\xe4\xb8\xad\xe5\x9b\xbd',前缀 b表示该值的类型为bytes,区别于字符串的表示

#  因此,我们可以使用这个字节表示来定义“中国”

a = '\xe4b8ade59bbd'    # 或者 '\xe4\xb8\xad\xe5\x9b\xbd',两种方式均可

# 其8进制可以如此计算
num = int.from_bytes(a, "big")    # 将这段字符串转化为内存等值的数值
print(oct(num))                   # 打印该数值的8进制表示,结果为字符串类型。在该字符串加上\o前缀即可

# 最后打印结果
print(a)    # ==> "中国"

# 再假如我们需要定义一个字符串abc,可以使用下面的方式

a = "abc"

a = "\x616263"        # 由于abc的ascii码分别为 0x61 62 63
a = "\o301302303"       # 由于abc的ascii码分别为 0o301 302 303
a = "\979899"          # 由于abc的ascii码分别为 979899

进制转换

字节,数值,字符等类型可以使用下面的方式进行转化。还包括值得不同进制表示,字符串得不同进制表示,示例:

# 内置函数
chr(97)      #    ==> "a"
ord("a")     #    ==> 97

# 将一个10进制数,转化为其他进制的数的字符串表示得内置函数,注意,结果都是字符串,而不是对应进制的数值
bin(97)                                 # ==> '0x61'
oct(97)                                 # 8进制字符 '0o301'
hex(97)                                # 2进制字符 '0b01100001'

# 也可使用format完成
#带前缀 0x
format(97,"#x")                                   # ==> '0x61'
format(97,"#o")                                   # 8进制字符 '0o301'
format(97,"#b")                                   # 2进制字符 '0b01100001'
#不带前缀
format(97,"X")                                    # ==> '61'
format(97,"o")                                    # ==> '301'
format(97,"b")                                    # ==> '01100001'

# 3.6+版本使用方法
# f'{255:X}' 和 f'{255:#X}'                   ===> " FF "  和 "0xFF"

# 使用c 风格得表示
"%x"%10                                     # ==> 'a'
"%o"%10                                     # ==> '12'
# 带前缀                              
"%#x"%10                                     # ==> '0xa'
"%#o"%10                                     # ==> '0o12'

将一个字节或者字符或者字符串转化为值类型可以使用如下的方式。

ord("a")          # ==> 97
int.from_bytes(b"a", "big")    # 97 类型为int,指定大端模式(小地址存多字节高位)

# 以下两种形式等价
int.from_bytes(b"abc", "big")              #   ==> 得到三字节长度的数值
int.from_bytes(bytes("abc"), "big")      #

bytes类型

将一个str 转化为 bytes 的本质是将str中的每个字符转化为该字符的二进制编码形式。例如 a 的二进制为 0x65。

# 将字符串abc 中每一个字符转化为二进制编码形式就是bytes类型
s = "abc"
bs1 = bytes("abc")         # bytes()第一个参数为一个可迭代对象,将每一个元素转为二进制的表示方式

print(s)          # 'abc'
print(bs1)       # b'abc'     python检测到这个二进制序列可以使用字符abc表示,但是为了区别于abc的字符串,所以使用 b'abc',只是给人看的一种表示结果。实际的值应该是一个个字节。

# 我们看一下单个元素
print(s[0])        #  'a'
print(bs1[0])     #  97  而不是 b'a',对于单个字节0x61, python使用了十进制数97表示

二进制类型bytes使用b'abc'的表示方式,只是尝试将这个序列中的元素翻译为人类可以看懂的形式,实际在变量内存中储存的为一个个二进制字节0x61 0x62 0x63,这样的三个字节可以根据数据类型的不同翻译成不同的结果。

b2 = bytes( [97,98,99] )
print(b2)     #  ==> b'abc'

这就对上面结论最佳证明,出现该结果的原因是,python中的列表 [97, 98, 99] 在内存中二进制储存和字符串abc储存的值是相同的,所以使用python来展示这段内存时,它使用b'abc'的方式进行展示。

bytes类型转化

字符串转bytes类型

# 将返回 bytes 类型 b" abc ", 可以添加encoding参数指定字符串的编码方式
bs1 = bytes("abc","utf-8")
# 可以使用字符的16进制字符表达形式
bs2 = bytes('\x61\x62\x63',"utf-8")
# 直接对字符进行编码成二进制形式
bs2 = "abc".encode()

# 16进制字符转为bytes类型
b1 = bytes.fromhex("61 62 63")  #  ==>   b"abc"   "61,62"是两个16进制数组合,单个值不能超过 7F也就是不能超过127 ,否则无法对应ASCII表中的字符
b1.hex()                 # ===>  '616263'   ASCII码中abc字符对应的16进制数组成的字符串,上面函数的逆运算。

数值转化为bytes类型

想要使用数值来定义一个不能直接使用 bytes(97) 的方式来定义,这不会在内存中储存一个二进制的 97,而是会开辟97个字节,每个字节的值为0x00。这是需要注意的一点,如果想要储存一个97,可以使用列表来实现。

# 传入数值类型可迭代对象
b1 = bytes(range(97,100))               #  ==> b'abc'
b2 = bytes([97,98,99])                   #  ==> b'abc'
b3 = bytes([97])                             #  ==> b'a'

# 直接传入10进制数值对象而不是可迭代对象,将会生成对应数值字节的空bytes
b4 = bytes(3)         #  b'\x00\x00\x00'   三个空字符的 bytes

# 通过数值转化将8进制,16进制数字 生成bytes对象
b5 = bytes([int("61",16)])    #16进制61  == > 10 进制 ==> bytes ==> b"a" (使用字符a表示)
b6 = bytes([int("61", 8)])     # 8进制61  == > 10 进制 ==> bytes  ==> b"1" (使用字符1表示)

#  也可利用bytes 对象转化为 10 进制 数值
num = int.from_bytes(b"abc","big")         # "abc"对应的三个字节拼接在一起作为一个二进制数,并计算为10进制数输出
print(num)                   #    ===>   6382179

以上是将数值和字符串转化为  字节类型,这是常用的类型转化方式,同样的,也可以将字节转化为字符或者值的类型。使用以下的方法即可

bytes转数值

bytes类型转化为 值类型使用 数值使用 int的一个类方法from_bytes即可,示例:

num = int.from_bytes(b“abc”, "big")    # 将这个bytes对象转化为内存等值的数值

bytes的方法

bytes对象的方法和字符串的方法基本一致,可以进行字符串的几乎所有操作,例如字符串的replace,split,partation等操作,唯一需要区别的是。字符串的操作操作的对象是一个字符串或者单个字符,而bytes对象操作的是一个bytes二进制字节,例如进行字符串替换时:

"abc".replace("a", "x")     # 将字符a 替换为 x

# 而在bytes对象

b"abc".replace(b"a", b"x")     # 无论是参数中的对象还是对象本身都是bytes类型,有b“”前缀标识

其他方法类比于str的方法,并结合官方文档即可。

bytearray

bytearray类似于中的list数据类型,bytearray中的每一个元素始终为一个字节值,也就是 0x00 - 0xff 区间的一个值,如果不在该范围内的值,在指定了编码方式的情况下可以按照字节遍历

初始化一个bytearray对象。同样需要一个可迭代对象作为参数,将会按照字节遍历整个可迭代对象,有以下的方式

bytearray("abc", encoding="utf-8")      # abc字符串使用utf-8的方式编码为字节,每个字节作为bytearray对象的一个元素储存即可。
bytearray(b"abc")                       # 也可以使用bytes 类型,而使用bytes类型就没有编码一说了
bytearray([97, 98, 99])                 # 使用可迭代对象,内部元素为一个一个0-255的数值类型。

ba1 = bytearray(range(97,103))          # 可迭代当然包括range对象
ba1                                     #  bytearay对象,==>  bytearray(b"abcdef")
ba1[0]                                  #  ==>  97  (integer)
ba1[1:4]                                #  切片 ==> bytearray(b'bcd')

# 赋值,可变 bytearray
ba[ 4 ] = 122                           #  122整型对应字符"z",   ==> b"e" --> b"z"
ba                                    #   bytearray(b"abcdzf" )
ba1[1:4] = b"xyz"                     # 切片赋值,替换ba1[1:4]的内容, 只有bytes 或bytearray 序列可赋值

bytes和bytearray类型之间可以直接进行转化,bytes()中可以传入一个bytearray对象作为参数,并且不存在编码问题,因为两个类型都是一个二进制的序列。

python在展示bytearray对象,使用的是bytesarray(b"abc") 的方式,其实,不妨理解为 bytearray( [ b"a",  b"b",  b"c" ] ) 的形式。也就是每个元素为字节列表。所以byteaarray实现了和列表对象的方法,并且可以进行元素的替换,也就是与列表相同,他是一个可变类型的对象。而bytes 与字符串都是不可变的,无法对单个元素进行替换,对象一旦产生将不可变。如果需要改变,需要新建一个新的对象。

bytearray的方法

类似与 列表对象,可以进行切片,append, extend,insert等操作,同样的,由于内部的元素都是一个个字节对象,对单个元素操作时只能操作单字节的对象,而执行extend这类处理可迭代对象方法,也要求可迭代对象内部的所有元素为单字节对象。单字节对象,可以是 b"a"类似的单字节对象  或  0-255的数值。因为一个字节只能储存256中状态。以下是几个简单的示例

a = bytearray(b"abc")

a.append(100)
print(a)             # bytearray(b"abcd")

a.append(b"e")
print(a)            # bytearray(b"abcde")

a.extend(a)      
print(a)            # bytearray(b"abcdeabcde")

a.insert(0, b"A")
print(a)            # bytearray(b"Aabcdeabcde")

bytes(a)           # b"Aabcdeabcde"

来源:https://www.cnblogs.com/k5210202/p/13388776.html

标签:python,bytes,bytearray
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