Python3之字节串bytes与字节数组bytearray的使用详解

在Python3中，字节串（bytes）和字节数组（bytearray）是存储字节序列的两种方式。在本文中，我们将会详细讲解字节串和字节数组的使用，以及它们在Python编程中的用处。

字节串(bytes)

字节串（bytes）是一种用来存储字节序列（byte sequence）的不可变的数据类型。在Python3中，字节串可以通过以下方式创建：

b = b'hello world'

上述代码创建了一个字节串变量b，该变量存储"hello world"字符串的字节序列。请注意，字节串必须使用b前缀来加以区分。

接下来，让我们看看如何访问字节串的单个字节。可以通过类似列表（list）的方式来访问字节串中的元素，如下所示：

print(b[0])   # 104
print(b[1])   # 101
print(b[2])   # 108

上述代码将会依次输出字节串中第一个、第二个、第三个字节的ASCII码值，也就是'h'、'e'、'l'。

在Python3中，字节串也支持切片（slicing）操作。例如，我们可以使用以下代码来获取'h'和'e'所对应的字节：

print(b[:2])   # b'he'

另外，如果我们需要将一个字符串转换为字节串，可以使用以下代码：

s = "hello world"
b = s.encode()

上述代码将会创建一个新的字节串变量b，该变量包含了字符串s的字节表示。默认情况下，Python3使用UTF-8编码来将字符串转换为字节串。

字节数组(bytearray)

字节数组（bytearray）是一种用来存储字节序列的可变的数据类型。它与字节串类似，但是允许我们修改其中的元素。在Python3中，字节数组可以通过以下方式创建：

barr = bytearray(b'hello world')

上述代码创建了一个字节数组变量barr，该变量存储了"hello world"字符串的字节序列。请注意，我们在创建字节数组时需要先将字节串转换为字节数组。

接下来，让我们看看如何修改字节数组中的元素。与列表类似，我们可以使用索引和赋值操作来修改字节数组中的元素。例如，以下代码将会把字节数组中的第一个字节设为'A'：

barr[0] = ord('A')

请注意，上述代码中，我们使用了ord函数来获取字母'A'的ASCII码值。

在Python3中，字节数组也支持切片操作。为了演示该操作，我们可以使用以下代码来将字节数组中的前两个字节替换为'b1'和'b2'：

barr[:2] = b'b1b2'

示例说明

示例一：计算SHA256哈希值

让我们用一个示例来说明字节串和字节数组的用处。假设我们需要计算一个字符串的SHA256哈希值。我们可以使用Python3内置的hashlib库来完成此任务。然而，该库仅支持字节串作为输入。因此，我们需要将字符串转换为字节串，如下所示：

import hashlib

s = "hello world"
b = s.encode()

m = hashlib.sha256()
m.update(b)
print(m.hexdigest())

上述代码将会输出字符串"hello world"的SHA256哈希值。

示例二：修改JPEG图像的宽度和高度

字节数组也可以用于图像处理。假设我们需要将一张JPEG图像的宽度和高度各缩小一半。我们可以使用Python3内置的Pillow库来读取和修改JPEG图像。以下是修改一张名为"cat.jpg"的JPEG图像的宽度和高度的示例代码：

from PIL import Image

with open('cat.jpg', 'rb') as f:
    barr = bytearray(f.read())

im = Image.open(f)
width, height = im.size

new_width, new_height = width // 2, height // 2

# 修改JPEG文件头
barr[3] = 0xC0  # SOF0的标识符
barr[5:7] = new_height.to_bytes(2, byteorder='big')
barr[7:9] = new_width.to_bytes(2, byteorder='big')

with open('cat_small.jpg', 'wb') as f:
    f.write(barr)

上述代码将会读取名为"cat.jpg"的JPEG图像，并把它的宽度和高度各缩小一半。最后，代码将会把修改后的图像存储为"cat_small.jpg"。

总结

在Python3的编程中，字节串和字节数组的使用是非常普遍的。字节串可以用于数据的编码和解码，而字节数组则可以用于数据的处理和修改。在本文中，我们详细讲解了字节串和字节数组的使用，并且提供了示例代码来帮助读者更好地理解。