在Python中处理二进制数据

好吧，让我们解决这个问题！基础非常标准：

1. 一个字节有8位
2. 位由 0 或 1 组成
3. 一个字节可以用不同的方式解释，比如二进制八进制或十六进制

注意：这些不是字符编码，稍后会出现。这只是一种查看一组 1 和 0 并以三种不同方式（或数字系统）查看它的方法。

例子：

Input : 10011011 
 
Output :
1001 1011 ---- 9B (in hex)
1001 1011 ---- 155 (in decimal)
1001 1011 ---- 233 (in octal)

这清楚地表明，可以以不同的方式对字符串位进行不同的解释。我们经常使用字节的十六进制表示而不是二进制表示，因为它写起来更短，这只是一种表示而不是解释。

编码

现在我们知道了字节是什么以及它的样子，让我们看看它是如何被解释的，主要是在字符串中。字符编码是一种将值分配给表示该方案中某个字符的字节或字节集的方法。一些编码是 ASCII（可能是最古老的）、拉丁文和 UTF-8（迄今为止使用最广泛。从某种意义上说，编码是计算机表示、发送和解释人类可读字符的一种方式。这意味着一个句子中的一个在另一种编码中，编码可能会变得完全无法理解。

Python和字节

从开发人员的角度来看， Python 3 中最大的变化是对字符串的处理。在Python 2 中，str 类型用于两种不同类型的值——文本和字节，而在Python 3 中，它们是独立且不兼容的类型。这意味着在 Python3 之前我们可以将一组字节视为字符串并从那里开始工作，现在情况并非如此，现在我们有一个单独的数据类型，称为字节。这种数据类型可以简单地解释为字符串字节，这实质上意味着，一旦字节数据类型被初始化，它就是不可变的。

例子：

Python3

bytestr = bytes(b'abc') 
  
# initializing a string with b
# makes it a binary string
print(bytestr)
print(bytestr[0])
  
bytestr[0] = 97

输出：

b'abc'
97
Traceback (most recent call last):
  File "bytesExample.py", line 4, in 
    bytestr[0] = 97
TypeError: 'bytes' object does not support item assignment

一个字节串就是它所说的它只是一个字节字符串，例如 '© ? ？在“utf-8”中是

b'\xC2\xA9\x20\xF0\x9D\x8C\x86\x20\xE2\x98\x83'

这带来了另一个问题，我们需要知道二进制字符串的编码，因为另一个编码（latin-1）中的相同字符串看起来不同。

© ð â

例子：

Python3

print(b'\xC2\xA9\x20\xF0\x9D\x8C\x86\x20\xE2\x98\x83'.decode('utf-8'))
print(b'\xC2\xA9\x20\xF0\x9D\x8C\x86\x20\xE2\x98\x83'.decode('latin-1'))

输出：

如上所示，可以使用 encode() 或 decode()函数对字符串和二进制字符串进行编码或解码。我们需要编码，因为在某些编码中无法解码字符串。当不使用希伯来语、日语和中文等非拉丁字符时，这个问题会更加复杂。因为在这些语言中，每个字母都分配了一个以上的字节。但是当我们需要修改一组字节时我们使用什么，我们使用一个bytearray 。

例子：

Python3

bytesArr = bytearray(b'\x00\x0F')
  
# Bytearray allows modification
bytesArr[0] = 255
bytesArr.append(255)
print(bytesArr)

输出：

bytearray(b'\xff\x0f\xff')

位运算

在Python中，按位运算运算符用于对整数执行按位计算。整数首先转换为二进制，然后逐位执行操作，因此得名按位运算运算符。下面演示了标准的按位运算。

注意：有关详细信息，请参阅Python位运算符

例子：

Python3

# Code to demonstrate bitwise operations
# Some bytes to play with
byte1 = int('11110000', 2)  # 240
byte2 = int('00001111', 2)  # 15
byte3 = int('01010101', 2)  # 85
  
# Ones Complement (Flip the bits)
print(~byte1)
  
# AND
print(byte1 & byte2)
  
# OR
print(byte1 | byte2)
  
# XOR
print(byte1 ^ byte3)
  
# Shifting right will lose the 
# right-most bit
print(byte2 >> 3)
  
# Shifting left will add a 0 bit 
# on the right side
print(byte2 << 1)
  
# See if a single bit is set
bit_mask = int('00000001', 2)  # Bit 1
  
# Is bit set in byte1?
print(bit_mask & byte1)
  
# Is bit set in byte2?
print(bit_mask & byte2)

输出：

-241
0
255
165
1
30
0
1

其他一些应用

二进制数据提供了几个应用程序，例如我们可以使用二进制数据检查两个文件是否相似，我们还可以检查文件是否为 jpeg（或任何其他图像格式）。让我们看看下面的例子，以便更好地理解。

示例 1：检查两个文件是否相同。这里有两个文本文件与数据一起使用，如下所示 -

文件 1：

文件 2：

Python3

with open('GFG.txt', 'rb') as file1, open('log.txt', 'rb') as file2:
    data1 = file1.read()
    data2 = file2.read()
  
if data1 != data2:
    print("Files do not match.")
else:
    print("Files match.")

输出：

Files do not match.

示例 2：检查给定图像是否为 jpeg。

使用的图像：

Python3

import binascii
  
jpeg_signatures = [
    binascii.unhexlify(b'FFD8FFD8'),
    binascii.unhexlify(b'FFD8FFE0'),
    binascii.unhexlify(b'FFD8FFE1')
]
  
with open('food.jpeg', 'rb') as file:
    first_four_bytes = file.read(4)
  
    if first_four_bytes in jpeg_signatures:
        print("JPEG detected.")
    else:
        print("File does not look like a JPEG.")

输出：

JPEG detected.