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如何读取Python中的二进制字节流数据?

bytesbytes:一种字符序列的类型。通过比较dir(str)与dir(bytes)可知,两者的属性与方法很相似,只有少数几个不同。所以bytes也是可以像string一样,对字节序列有各种操作方法,如查找(find),求长度(len),切割(split),切片等。bytes的优点是:Python内置的方法,不需要的额外的安装三方模块。但缺点也很明显:只能单个查询,不能一次查询多个需要的结果。首先通过open的rb模式打开文件,读取内容为bytes类型。查找特定字符串有find()方法,但是此方法只能

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    bytes

    bytes:一种字符序列的类型。通过比较 dir(str) 与 dir(bytes) 可知,两者的属性与方法很相似,只有少数几个不同。所以 bytes 也是可以像 string 一样,对字节序列有各种操作方法,如查找(find),求长度(len),切割(split),切片等。

    bytes 的优点是:Python 内置的方法,不需要的额外的安装三方模块。

    但缺点也很明显:只能单个查询,不能一次查询多个需要的结果。

    首先通过 open 的 rb 模式打开文件,读取内容为 bytes 类型。查找特定字符串有 find() 方法,但是此方法只能找到第一个符合要求的字符串索引,并且给出的不是单个位的索引,而是 8 位一个字节的索引。当需要查找多个符合的字符串,却没有内置的 findall() 方法。如果要查询多个,过程会麻烦,首先查到第一个符合的索引 1,以此索引 1 为开始,查询第二个符合的索引 2,以此类推,直到查询结束。

    with open(path, 'rb') as f:
        datas = f.read()
        start_char = datas.find(b'Start')
        # start_char2 = datas.find(b'Start', start_char)
        end_char = datas.find(b'End', start_char)
        # end_char2 = datas.find(b'End', start_char2)
        data = datas[start_char:end_char]
        print(data)

    注意上述代码,start_char 和 end_char 会出现多次,次数并不一定会一样,需要获取两个索引之间的内容,但是既无法循环,也不能一次查完。需要多次执行已注释的那行代码,获取关键字索引。由于不知道文件数据中会有多少个开始标志,也就不知道执行多少次,这应该采用循环解决,但似乎没有可供循环的变量。这使得问题更加复杂。

    其次,由于是获取两个标志之间的内容,所以,以上过程需要执行两遍。因此过程更显得繁杂无比。

    因此,寻找新的方法,是完全必要的。

    bitstring

    bitstring 是一个三方包,以字节流形式读取二进制文件。

    bitstring.py 文件的第一句话是:This package defines classes that simplify bit-wise creation, manipulation and interpretation of data.

    翻译如下:这个包定义的类简化了数据的逐位创建、操作和解释。

    简单理解就是,直接操作 bytes 类型的数据。

    有主要的四个类,如下:

    Bits -- An immutable container for binary data.
    BitArray -- A mutable container for binary data.
    ConstBitStream -- An immutable container with streaming methods.
    BitStream -- A mutable container with streaming methods.

    Bits -- 二进制数据的不可变容器。
    BitArray -- 二进制数据的可变容器。
    ConstBitStream -- 具有流方法的不可变容器。
    BitStream -- 具有流方法的可变容器。

    像 bytes 一样,首先读取文件内容,查找关键字索引,切片获取数据内容。

    # update at 2022/05/06 start
    # from bistring import ConstBitStream, BitStream
    from bitstring import ConstBitStream, BitStream
    # update at 2022/05/06 end
    
    hex_datas = ConstBitStream(filename=path)  # 读取文件内容
    start_char = b'Start'
    start_chars = hex_datas.findall(start_char, bytealigned=True)  # 一次找到全部符合的,返回一个生成器
    start_indexs = []
    for start_char in start_chars:
        start_indexs.append(start_char)
    
    end_char = b'End'
    end_indexs = []
    for start_index in start_indexs:
        end_chars = hex_datas.find(end_char, start=start_index, bytealigned=True)  # 找到第一个符合的,返回元组
        for end_char in end_chars:
            end_indexs.append(end_char)
    
    result = []
    for i in range(min(len(start_indexs), len(end_indexs))):
        hex_data = hex_datas[start_indexs[i]:end_indexs[i]]
        str_data = BitStream.tobytes(hex_data).decode('utf-8')
        result.append(str_data)

    代码分析,首先导入需要的两个类:ConstBitStream, BitStream。获取文件内容,findall() 查找所有符合的字符串索引,find() 查找第一个符合的字符串索引。取开始、结束两个列表的较小值,切片获取数据,类型为 ‘bitstring.ConstBitStream’,BitStream.tobytes() 方法转为 bytes 类型,中文字符会乱码,所以再用 decode() 解码,得到需要的字符串。

    整个过程还是简洁、连续。代码中用到了 findall()、find()、tobytes() 方法。此外还有许多小细节需要注意,比如,start_indexs 如果为空,后续的代码就不该执行了,end_indexs 为空亦是如此。

    由此可见,bitstring 这个包还是比较好用的。根据需求,用到的方法比较少,其实还有许多其他的方法,按需选择。

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