Python字符与字节新编


字符

字符是一个信息单位,简单来讲就是一个字母、数字、标点符号、汉字等。

字符的最佳定义是Unicode字符:

它是一个全球化的标准,能表示世界上所有语言的字符。Unicode字符的标识(码位)是以4~6个十六进制数字表示的,并且加前缀U+

字节

字节是计算机信息计量单位,一个字节代表八个比特,存储的数值范围为0~255。

字节跳动(ByteDance)互联网公司的字节就是这个字节。

字节是机器的,字符是人类的。

把人类字符转换为机器字节时使用的算法叫做编码,反之叫做解码。

算法不同,字节与字符的关系也不同:

bytes和bytearray

字节实际上是个二进制序列。不可变bytes类型和可变bytearray类型是用来存储二进制序列的,它们的示例如下:

>>> cafe = bytes("café", encoding="utf_8")
>>> cafe
b'caf\xc3\xa9'
>>> cafe[0]
99
>>> cafe[:1]
b'c'
>>> cafe_arr = bytearray(cafe)
>>> cafe_arr
bytearray(b'caf\xc3\xa9')
>>> cafe_arr[-1:]
bytearray(b'\xa9')

特别的是cafe[0]返回了整数,cafe[:1]返回了二进制序列,这是因为s[0] == s[:1]只对str类型成立,而对于其他类型来说,s[i]返回一个元素,s[i:i+1]返回一个相同类型的序列。

二进制序列实际上是整数序列。它们的字面量表示法包含ASCII字符(ASCII只能表示英文体系的字符),比如cafe的b'caf\xc3\xa9',具体规则是:

  • 从空格到~的字符直接使用ASCII字符
  • 制表符\t、换行符\n、回车符\r、转义符\\
  • 其他字符用十六进制转义序列,比如\x00空字节

构建bytes和bytearray对象的方式有以下几种:

  1. 一个str对象和一个encoding关键字参数
  2. 一个可迭代对象,数值在0~255
  3. 一个实现了缓冲协议的对象,如bytes、bytearray、memoryview、array.array

memoryview和struct

memoryview允许在二进制数据结构之间共享内存,struct能从序列中提取结构化信息。

示例如下,提取一个GIF图像的宽度和高度:

import struct

with open("filter.gif", "rb") as fp:
    img = memoryview(fp.read())

# 这里不会复制字节序列,因为用的memoryview
header = img[:10]
print(bytes(header))  # b'GIF89a+\x02\xe6\x00'

# <是小字节序,3s3s是两个3字节序列,HH是两个16位二进制整数
# 类型、版本、宽度、高度
struct.unpack("<3s3sHH", header)  # (b'GIF', b'89a', 555, 230)

# 删除引用,释放memoryview实例所占的内存
del header
del img

小结

本文介绍了字符和字节的概念以及它们之间的关系,一个字符对应一个或多个字节。字符是人类的,字节是机器的,编码就是人类字符转换为机器字节,反之叫做解码。然后分别介绍了二进制序列的类型bytes和bytearray,和二进制序列的工具memoryview和struct。

参考资料:

《流畅的Python》

http://www.ruanyifeng.com/blog/2007/10/ascii_unicode_and_utf-8.html

https://zh.wikipedia.org/wiki/字符_(计算机科学)

https://home.unicode.org/

https://zh.wikipedia.org/wiki/字节

https://www.runoob.com/w3cnote/byte-character.html

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