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Python bytes类型及用法

Python 3 新增了 bytes 类型,用于代表字节串(这是本教程创造的一个词,用来和字符串对应)。字符串(str)由多个字符组成,以字符为单位进行操作;字节串(bytes)由多个字节组成,以字节为单位进行操作。

bytes 和 str 除操作的数据单元不同之外,它们支持的所有方法都基本相同,bytes 也是不可变序列。

bytes 对象只负责以字节(二进制格式)序列来记录数据,至于这些数据到底表示什么内容,完全由程序决定。如果采用合适的字符集,字符串可以转换成字节串;反过来,字节串也可以恢复成对应的字符串。

由于 bytes 保存的就是原始的字节(二进制格式)数据,因此 bytes 对象可用于在网络上传输数据,也可用于存储各种二进制格式的文件,比如图片、音乐等文件。

如果希望将一个字符串转换成 bytes 对象,有如下三种方式:
  1. 如果字符串内容都是 ASCII 字符,则可以通过直接在字符串之前添加 b 来构建字节串值。
  2. 调用 bytes() 函数(其实是 bytes 的构造方法)将字符串按指定字符集转换成字节串,如果不指定字符集,默认使用 UTF-8 字符集。
  3. 调用字符串本身的 encode() 方法将字符串按指定字符集转换成字节串,如果不指定字符集,默认使用 UTF-8 字符集。

例如,如下程序示范了如何创建字节串:
# 创建一个空的bytes
b1 = bytes()
# 创建一个空的bytes值
b2 = b''
# 通过b前缀指定hello是bytes类型的值
b3 = b'hello'
print(b3)
print(b3[0])
print(b3[2:4])
# 调用bytes方法将字符串转成bytes对象
b4 = bytes('我爱Python编程',encoding='utf-8')
print(b4)
# 利用字符串的encode()方法编码成bytes,默认使用utf-8字符集
b5 = "学习Python很有趣".encode('utf-8')
print(b5)
上面程序中 b1~b5 都是字节串对象,该程序示范了以不同方式来构建字节串对象。其中 b2、b3 都是直接在 ASCII 字符串前添加b前缀来得到字节串的:b4 调用 bytes() 函数来构建字节串;而 b5 则调用字符串的 encode 方法来构建字节串。

运行上面程序,可以看到如下输出结果:

b'hello'
104
b'll'
b'\xe6\x88\x91\xe7\x88\xb1Python\xe7\xbc\x96\xe7\xa8\x8b'
b'\xe5\xad\xa6\xe4\xb9\xa0Python\xe5\xbe\x88\xe6\x9c\x89\xe8\xb6\xa3'

从上面的输出结果可以看出,字节串和字符串非常相似,只是字节串里的每个数据单元都是 1 字节。

计算机底层有两个基本概念:位(bit)和字节(Byte),其中 bit 代表 1 位,要么是 0,要么是 1,就像一盏灯,要么打开,要么熄灭;Byte 代表 1 字节,1 字节包含 8 位。

在字节串中每个数据单元都是字节,也就是 8 位,其中每 4 位(相当于 4 位二进制数,最小值为 0 ,最大值为 15)可以用一个十六进制数来表示,因此每字节需要两个十六进制数表示,所以可以看到上面的输出是 b'\xe6\x88\x91\xe7\x88\xb1Python\xe7\xbc\x96\xe7\xa8\x8b',比如 \xe6 就表示 1 字节,其中 \x 表示十六进制,e6 就是两位的十六进制数。

如果程序获得了 bytes 对象,也可调用 bytes 对象的 decode() 方法将其解码成字符串,例如,在上面程序中添加如下代码:
#将bytes 对象解码成字符串,默认使用UTF-8进行解码
st = b5.decode('utf-8')
print(st)#学习Python很有趣
运行上面程序,可以看到如下输出结果:

学习Python很有趣

这里简单介绍一下字符集的概念。计算机底层并不能保存字符,但程序总是需要保存各种字符的,那该怎么办呢?计算机“科学家”就想了一个办法:为每个字符编号,当程序要保存字符时,实际上保存的是该字符的编号;当程序读取字符时,读取的其实也是编号,接下来要去查“编号一字符对应表”(简称码表)才能得到实际的字符。

因此,所谓的字符集,就是所有字符的编号组成的总和。早期美国人给英文字符、数字、标点符号等字符进行了编号,他们认为所有字符加起来顶多 100 多个,只要 1 字节(8 位,支持 256 个字符编号)即可为所有字符编号一一这就是 ASCII 字符集。

后来,亚洲国家纷纷为本国文字进行编号,即制订本国的字符集,但这些字符集并不兼容。于是美国人又为世界上所有书面语言的字符进行了统一编号,这次他们用了两个字节(16 位,支持 65536 个字符编号),这就是 Unicode 字符集。实际使用的 UTF-8, UTF-16 等其实都属于 Unicode 字符集。

由于不同人对字符的编号完全可以很随意,比如同一个“爱”字,我可以为其编号为 99,你可以为其编号为 199,所以同一个编号在不同字符集中代表的字符完全有可能是不同的。因此,对于同一个字符串,如果采用不同的字符集来生成 bytes 对象,就会得到不同的 bytes 对象。

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