Python bytes的全面闡述

一、bytes是什麼？

Python中的bytes是一種不可變的二進位類型。與字元串類型不同，它是由0到255之間的整數構成的序列。bytes通過b前綴表示。在Python 2中，還有一個類似的數據類型稱為字元串。

bytes類型在處理二進位數據，如圖片和視頻文件，以及與外部系統進行網路通信時非常有用。

b = b'Hello World'
print(b)

二、bytes的常規操作

bytes類型可以執行大多數和字元串相關的操作，例如索引、切片和拼接。但是需要注意的是，這些操作返回的都是新的bytes對象，而不是原始bytes對象。

1. 索引和切片

b = b'Hello World'
print(b[0]) # 72
print(b[2:5]) # b'llo'

2. 拼接

使用加號(+)進行拼接，但是需要注意的是兩個bytes對象之間才能拼接。如果想將字元串與bytes對象拼接在一起，需要使用encode()方法將字元串轉換為bytes對象。

b1 = b'Hello'
b2 = b'World'
b3 = b1 + b2
print(b3) # b'HelloWorld'

s = '!'
b4 = b3 + s.encode()
print(b4) # b'HelloWorld!'

三、bytes的常規方法

1. find()

在bytes中查找子串並返回其位置。如果存在多個匹配項，則返回第一個。如果找不到，則返回-1。

b = b'Hello World'
pos = b.find(b'World')
print(pos) # 6

2. replace()

用另一個bytes對象替換指定的子串，並返回新的bytes對象。如果找不到任何匹配項，則返回原始bytes對象。

b = b'Hello World'
new_b = b.replace(b'Hello', b'Hi')
print(new_b) # b'Hi World'

3. split()

返回一個由子串分割的bytes對象列表。如果未指定分隔符，則默認以空格分割。

b = b'Hello World'
b_list = b.split()
print(b_list) # [b'Hello', b'World']

四、bytes與文件處理

bytes類型與文件處理密切相關。在讀取文件時，以二進位模式打開文件並使用read()方法讀取它。在寫入文件時，將二進位數據寫入文件。

1. 讀取文件

在讀取文件時，以二進位模式打開文件並使用read()方法即可。

with open('example.txt', 'rb') as f:
    b = f.read()
    print(b) # b'Hello World'

2. 寫入文件

在寫入文件時，需要以二進位模式打開文件並使用write()方法，將二進位數據寫入文件。

b = b'Hello World'
with open('example.txt', 'wb') as f:
    f.write(b)

五、bytes與網路編程

bytes類型在網路編程中非常重要。在與外部系統通信時，需要將數據以二進位格式發送和接收。常見的例子包括HTTP請求、SMTP協議等。

在socket編程中，通常使用bytes對象表示消息。客戶端和伺服器之間交換的任何消息都是bytes對象。例如，發送一個包含「Hello World」的消息：

import socket
HOST = 'localhost'
PORT = 1337

with socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM) as s:
    s.connect((HOST, PORT))
    message = b'Hello World'
    s.sendall(message)
    data = s.recv(1024)
    print('Received', repr(data))

六、bytes與數據加密

由於bytes類型是不可變的，因此非常適合用於數據加密。例如，在Python中使用HMAC（散列消息身份驗證代碼）時，輸入可以是bytes類型。

import hmac
import hashlib
key = b'secret_key'
msg = b'Hello World'
h = hmac.new(key, msg, hashlib.sha256)
print(h.hexdigest()) # 6f1488db8abae9b2f8cfcf152d529272d0fa94720020d725dc628d5a5e033e8c