Python中的二进制文件

二进制文件是包含二进制格式数据的计算机文件。数据表示为一系列字节，每个字节长八位。要解释二进制文件的内容，必须使用能够理解内容格式和如何读取数据的程序或硬件处理器。二进制文件包括许多文件类型，例如可执行文件、库、图形、数据库、存档等。

Python 中的二进制文件以不供人类阅读的格式存储数据。这些文件可以包含各种类型的数据，例如图像、音频、视频、压缩存档或任何非纯文本格式的数据。在 Python 中处理二进制文件需要以原始字节的形式读取和写入数据。

创建二进制文件

与文本文件不同，创建二进制文件需要以人类无法读取的格式写入数据。使用 Python 等编程语言可以轻松创建二进制文件。这是一个简单的 Python 示例。

程序

输出

Binary file has been created successfully.

说明

• with open ('example.bin', 'wb') as binary_file:
• 此行以二进制写入模式（'wb'）打开一个名为 'example.bin' 的文件。此处使用 with 语句可确保在写入后正确关闭文件。
• [0x48, 0x65, 0x6C, 0x6C, 0x6F]。这些十六进制值代表 ASCII 字符“Hello”。
• 此行将二进制数据（“Hello”的 ASCII 值）写入前面打开的二进制文件。

注意：如果您想在特定文件夹中创建二进制文件，请复制路径并将其替换为 C:/Users/HP/OneDrive/Desktop/example.bin' 而不是 example.bin。

代码行如下所示

with open('C:/Users/HP/OneDrive/Desktop/example.bin', 'wb') as binary_file

打开二进制文件

要处理二进制文件，请使用相应的文件模式：“rb”用于读取二进制文件，“wb”用于写入二进制文件。

读取二进制文件

在 Python 中，打开二进制文件进行读取时，请使用专门为二进制数据设计的“rb”模式。这是一个简单的示例

程序

输出

b'Hello'

说明

前面的代码只是以“rb”模式打开文件进行读取，并将文件中的数据保存在 binary_data 中。然后使用 print 语句打印数据。

写入二进制文件

在 Python 中，打开二进制文件进行写入时，请使用专门为二进制数据设计的“wb”模式。这是一个简单的示例程序。

程序

输出

data has been successfully written into the file

说明

在此示例中

• 'example.bin' 是您要打开或创建的二进制文件的名称。
• 'wb' 表示您正在以二进制数据的写入模式打开文件。
• binary_file.write(binary_data) 行将二进制数据（b'\x48\x65\x6C\x6C\x6F'）写入二进制文件。

追加二进制数据

程序

输出

data is successfully written into the file

说明

• binary_data_to_append = b'\x57\x6F\x72\x6C\x64'
  • 此行创建一个名为 binary_data_to_append 的字节对象，其中包含 ASCII 字符“World”的二进制表示。序列中的每个十六进制值对应于字符的 ASCII 码。
• with open('example.bin', 'ab') as binary_file:
  • 此行以二进制数据的追加模式（'ab'）打开名为 'example.bin' 的文件。
  • 如果文件存在，光标将定位在文件末尾。
  • 如果文件不存在，将创建一个新文件。
• binary_file.write(binary_data_to_append)
  • 此行将二进制数据（binary_data_to_append）写入文件末尾。
• print("Data is successfully written into the file")
  • 此行打印一条消息，指示数据已成功写入文件

注意

请注意，两个文件操作之间存在重要区别：追加和写入。

“写入”操作将擦除文件中的任何现有内容，并在文件已存在时从开头开始写入。另一方面，“追加”操作会将光标移到文件末尾，并添加新内容而不会擦除任何内容。

因此，如果您想保留文件中的现有内容并添加新内容，则应使用“追加”操作。但是，如果您从头开始，并在写入新内容之前擦除文件中的所有内容，则应使用“写入”操作。

定位和读取特定位置

• 使用 seek 方法将文件光标移动到特定位置，然后从该位置读取。

程序

输出

b'orl'

说明

with open('example.bin', 'rb') as binary_file:

此行以二进制读取模式（'rb'）打开名为 'example.bin' 的文件。with 语句用于确保在执行代码块后正确关闭文件。

binary_file.seek(5)

此行使用 seek 方法将文件光标移动到文件中的第 5 个字节。

seek 方法用于在文件内定位光标。在这种情况下，它会将光标从文件开头移动五个字节。

data = binary_file.read(3)

此行从文件光标的当前位置读取 3 个字节。

read 方法从光标的当前位置读取指定数量的字节。在这种情况下，它从第 5 个字节开始读取 3 个字节。

用于二进制数据结构的 struct 模块

struct 模块可用于打包和解包二进制数据结构。它确保数据格式正确，以在不同平台之间保持一致性。

pack 函数将格式字符串和一组值转换为打包的二进制字符串。另一方面，unpack 函数接受格式字符串和打包的二进制字符串，并返回一个包含解包值的元组。格式字符串由格式代码组成，这些代码表示每个值的类型和大小。

格式代码

整数格式

• I 或 i：无符号或有符号整数（4 字节）
• H 或 h：无符号或有符号短整数（2 字节）
• L 或 l：无符号或有符号长整数（4 字节）
• Q 或 q：无符号或有符号长长整数（8 字节）

浮点格式

• f：单精度浮点数（4 字节）
• d：双精度浮点数（8 字节）

字符格式

• c：字符（1 字节）
• s：字符串（可变长度）

示例

这是一个使用 struct 模块打包数据的示例程序

程序

输出

b'*\x00\x00\x00\xc3\xf5H@\x07\x00'

说明

该程序使用 struct.pack 方法成功将数据打包为二进制格式，然后将打包的数据保存到名为 'binary_data.bin' 的二进制文件中。该文件中存储的二进制数据的十六进制表示形式为 (b'*x00x00x00xc3xf5H@x07x00')。

让我们分解一下输出

• b'*'：前四个字节以小端格式表示无符号整数 42（* 是 42 的十六进制 ASCII 表示）。
• \x00\x00\x00：接下来的四个字节以小端格式表示单精度浮点数 3.14。
• \xc3\xf5H@：最后两个字节以小端格式表示短整数 7。

使用 struct 模块解包数据

示例

这是一个解包文件中数据的简单程序。

程序

输出

(42, 3.140000104904175, 7)

说明

struct.unpack 函数根据打包过程中使用的格式字符串（我们使用了 Ifh 格式）将二进制数据转换回其原始值。

结论

由于二进制文件不可读，因此它们需要 Python 中的专门处理。处理二进制文件时，使用正确的模式至关重要，例如“rb”用于读取，“wb”用于写入，“ab”用于追加。read() 方法用于从二进制文件读取，允许检索完整内容或定义数量的字节。write() 方法用于向二进制文件写入，并且数据必须表示为字节。struct 模块在处理结构化二进制数据时非常有用，它提供用于打包和解包数据的函数，以确保跨平台的一致性。此模块对于处理二进制数据结构、确保格式正确和兼容性非常有用。无论您是存储照片、音频还是视频，理解 Python 中二进制文件操作的复杂性对于有效的数据操作都至关重要。