字符
字符是一個信息單位,簡單來講就是一個字母、數字、標點符號、漢字等。
字符的最佳定義是Unicode字符:

它是一個全球化的標准,能表示世界上所有語言的字符。Unicode字符的標識(碼位)是以4~6個十六進制數字表示的,並且加前綴U+。
字節
字節是計算機信息計量單位,一個字節代表八個比特,存儲的數值范圍為0~255。
字節跳動(ByteDance)互聯網公司的字節就是這個字節。
字節是機器的,字符是人類的。
把人類字符轉換為機器字節時使用的算法叫做編碼,反之叫做解碼。
算法不同,字節與字符的關系也不同:

bytes和bytearray
字節實際上是個二進制序列。不可變bytes類型和可變bytearray類型是用來存儲二進制序列的,它們的示例如下:
>>> 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')
特別的是cafe[0]返回了整數,cafe[:1]返回了二進制序列,這是因為s[0] == s[:1]只對str類型成立,而對於其他類型來說,s[i]返回一個元素,s[i:i+1]返回一個相同類型的序列。
二進制序列實際上是整數序列。它們的字面量表示法包含ASCII字符(ASCII只能表示英文體系的字符),比如cafe的b'caf\xc3\xa9',具體規則是:
- 從空格到
~的字符直接使用ASCII字符 - 制表符
\t、換行符\n、回車符\r、轉義符\\ - 其他字符用十六進制轉義序列,比如
\x00空字節
構建bytes和bytearray對象的方式有以下幾種:
- 一個str對象和一個encoding關鍵字參數
- 一個可迭代對象,數值在0~255
- 一個實現了緩沖協議的對象,如bytes、bytearray、memoryview、array.array
memoryview和struct
memoryview允許在二進制數據結構之間共享內存,struct能從序列中提取結構化信息。
示例如下,提取一個GIF圖像的寬度和高度:
import struct
with open("filter.gif", "rb") as fp:
img = memoryview(fp.read())
# 這里不會復制字節序列,因為用的memoryview
header = img[:10]
print(bytes(header)) # b'GIF89a+\x02\xe6\x00'
# <是小字節序,3s3s是兩個3字節序列,HH是兩個16位二進制整數
# 類型、版本、寬度、高度
struct.unpack("<3s3sHH", header) # (b'GIF', b'89a', 555, 230)
# 刪除引用,釋放memoryview實例所占的內存
del header
del img
小結
本文介紹了字符和字節的概念以及它們之間的關系,一個字符對應一個或多個字節。字符是人類的,字節是機器的,編碼就是人類字符轉換為機器字節,反之叫做解碼。然后分別介紹了二進制序列的類型bytes和bytearray,和二進制序列的工具memoryview和struct。
參考資料:
《流暢的Python》
http://www.ruanyifeng.com/blog/2007/10/ascii_unicode_and_utf-8.html
https://zh.wikipedia.org/wiki/字符_(計算機科學)
