浅析Python3中的bytes和str类型

Python 3最重要的新特性之一是对字符串和二进制数据流做了明确的区分。文本总是Unicode,由str类型表示,二进制数据则由bytes类型表示。Python 3不会以任意隐式的方式混用strbytes,你不能拼接字符串和字节流,也无法在字节流里搜索字符串(反之亦然),也不能将字符串传入参数为字节流的函数(反之亦然)。

下面让我们深入分析一下二者的区别和联系。

编码发展的历史

在谈bytesstr之前,需要先说说关于编码是如何发展的。。

在计算机历史的早期,美国为代表的英语系国家主导了整个计算机行业,26个英文字母组成了多样的英语单词、语句、文章。因此,最早的字符编码规范是ASCII码,一种8位即1个字节的编码规范,它可以涵盖整个英语系的编码需要。

编码是什么?编码就是把一个字符用一个二进制来表示。我们都知道,所有的东西,不管是英文、中文还是符号等等,最终存储在磁盘上都是01010101这类东西。在计算机内部,读取和存储数据归根结底,处理的都是0和1组成的比特流。问题来了,人类看不懂这些比特流,如何让这些010101对人类变得可读呢?于是出现了字符编码,它是个翻译机,在计算机内部某个地方,透明的帮我们将比特流翻译成人类可以直接理解的文字。对于一般用户,不需要知道这个过程是什么原理,是怎么执行的。但是对于程序员却是个必须搞清楚的问题。

ASCII编码为例,它规定1个字节8个比特位代表1个字符的编码,也就是“00000000”这么宽,一个一个字节的解读。例如:01000001表示大写字母A,有时我们会“偷懒"的用65这个十进制来表示A在ASCII中的编码。8个比特位,可以没有重复的最多表示2的8次方(255)个字符。

后来,计算机得到普及,中文、日文、韩文等等国家的文字需要在计算机内表示,ASCII的255位远远不够,于是标准组织制定出了叫做UNICODE的万国码,它规定任何一个字符(不管哪国的)至少以2个字节表示,可以更多。其中,英文字母就是用2个字节,而汉字是3个字节。这个编码虽然很好,满足了所有人的要求,但是它不兼容ASCII,同时还占用较多的空间和内存。因为,在计算机世界更多的字符是英文字母,明明可以1个字节就能够表示,非要用2个。

于是UTF-8编码应运而生,它规定英文字母系列用1个字节表示,汉字用3个字节表示等等。因此,它兼容ASCII,可以解码早期的文档。UTF-8很快就得到了广泛的应用。

在编码的发展历程中,我国还创造了自己的编码方式,例如GBKGB2312BIG5。他们只局限于在国内使用,不被国外认可。在GBK编码中,中文汉字占2个字节。

bytes和str之间的异同

回到bytesstr的身上。bytes是一种比特流,它的存在形式是01010001110这种。我们无论是在写代码,还是阅读文章的过程中,肯定不会有人直接阅读这种比特流,它必须有一个编码方式,使得它变成有意义的比特流,而不是一堆晦涩难懂的01组合。因为编码方式的不同,对这个比特流的解读也会不同,对实际使用造成了很大的困扰。下面让我们看看Python是如何处理这一系列编码问题的:

>>> s = "中文"
>>> s
'中文'
>>> type(s)
<class 'str'>
>>> b = bytes(s, encoding='utf-8')
>>> b
b'\xe4\xb8\xad\xe6\x96\x87'
>>> type(b)
<class 'bytes'>

从例子可以看出,s是个字符串类型。Python有个内置函数bytes()可以将字符串str类型转换成bytes类型,b实际上是一串01的组合,但为了在ide环境中让我们相对直观的观察,它被表现成了b'\xe4\xb8\xad\xe6\x96\x87'这种形式,开头的b表示这是一个bytes类型。\xe4是十六进制的表示方式,它占用1个字节的长度,因此”中文“被编码成utf-8后,我们可以数得出一共用了6个字节,每个汉字占用3个,这印证了上面的论述。在使用内置函数bytes()的时候,必须明确encoding的参数,不可省略。

我们都知道,字符串类str里有一个encode()方法,它是从字符串向比特流的编码过程。而bytes类型恰好有个decode()方法,它是从比特流向字符串解码的过程。除此之外,我们查看Python源码会发现bytesstr拥有几乎一模一样的方法列表,最大的区别就是encodedecode

从实质上来说,字符串在磁盘上的保存形式也是01的组合,也需要编码解码。

如果,上面的阐述还不能让你搞清楚两者的区别,那么记住下面两几句话:

  1. 在将字符串存入磁盘和从磁盘读取字符串的过程中,Python自动地帮你完成了编码和解码的工作,你不需要关心它的过程。

  2. 使用bytes类型,实质上是告诉Python,不需要它帮你自动地完成编码和解码的工作,而是用户自己手动进行,并指定编码格式。

  3. Python已经严格区分了bytesstr两种数据类型,你不能在需要bytes类型参数的时候使用str参数,反之亦然。这点在读写磁盘文件时容易碰到。

在bytes和str的互相转换过程中,实际就是编码解码的过程,必须显式地指定编码格式。

>>> b
b'\xe4\xb8\xad\xe6\x96\x87'
>>> type(b)
<class 'bytes'>
>>> s1 = str(b)
>>> s1
"b'\\xe4\\xb8\\xad\\xe6\\x96\\x87'"
>>> type(s1)
<class 'str'>
>>> s1 = str(b, encoding='utf-8')
>>> s1
'中文'
>>> type(s1)
<class 'str'>

我们再把字符串s1,转换成gbk编码的bytes类型:

>>> s1
'中文'
>>> type(s1)
<class 'str'>
>>> b =  bytes(s1, encoding='gbk')
>>> b
b'\xd6\xd0\xce\xc4'
posted @ 2017-03-27 09:49 Chown-Jane-Y 阅读(...) 评论(...) 编辑 收藏

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