Python/字節數組

Buffer Protocol是特定的Python對象，包裝了訪問內存數組或者緩衝區。包括內置類型：

• bytes是只讀字節數組。
• bytearray是可讀寫字節數組。
• array.array

a=b"abc"  #创建bytes对象
bytes("汉字","utf-8") #创建bytes对象，解码方式为utf-8
b=bytearray(b"abc") #创建bytearray对象

與字符串一樣，支持append、extend、upper等方法，加法、乘法等運算。

bytes

class bytes([source[, encoding[, errors]]])構造函數，如

a=b'still allows embedded "double" quotes'

其他構造函數：

bytes(10)
bytes(range(20))
bytes(otherBytesObj)

類方法：

• fromhex(string)：以16進制解碼一個字符串，其中的空白符被忽略。如bytes.fromhex('2Ef0 F1f2 ')
• hex([sep[, bytes_per_sep]])：把內容編碼為16進制數字組成的字符串。bytes_per_sep控制分隔符出現在哪個字節，正值從右數，負值從左數

bytearray

bytearray是可變的（mutable）版本，與只讀的bytes對應。

構造函數：

bytearray()
bytearray(10)
bytearray(range(20))
bytearray(b'Hi!')

有類似的類方法fromhex和hex

bytes和bytearray共同的一些類方法

• count(sub[, start[, end]])：返回不重疊的子串sub的出現次數
• removeprefix(prefix, /)：去除跟定的前綴子串
• removesuffix(suffix, /)
• decode(encoding='utf-8', errors='strict')：返回從給定字節解碼的字符串
• endswith(suffix[, start[, end]])
• find(sub[, start[, end]])：返回子串sub最小出現的下標值。未找到返回-1
• index(sub[, start[, end]])：類似find方法，但未找到拋出異常
• join(iterable)：返回一個新的對象
• maketrans(from, to)：這個靜態方法返回一個可用於 bytes.translate() 的轉換表，它將把 from 中的每個字符映射到 to 中相同位置的字符； from 和 to 必須都是類似字節對象（bytes-like objects）並且具有相同的長度。
• partition(sep)：在第一次出現 sep 時拆分序列，並返回一個 3 元組，其中包含分隔符之前的部分、分隔符本身或其 bytearray 副本以及分隔符之後的部分。 如果未找到分隔符，則返回一個包含原始序列副本的 3 元組，後跟兩個空字節或 bytearray 對象。
• replace(old, new[, count])：如果給出參數count，只對前面count次替換。
• rfind(sub[, start[, end]])
• rindex(sub[, start[, end]])
• rpartition(sep)
• startswith(prefix[, start[, end]])
• translate(table, /, delete=b)：返回新對象——刪除了參數 delete 中出現的所有字節，其餘字節通過給定的轉換表映射，該轉換表必須是長度為 256 的字節對象。可以使用 bytes.maketrans() 方法創建轉換表。對於只刪除字符的翻譯，將 table 參數設置為 None。
• ljust(width[, fillbyte])：返回新對象，在左側填充字符，如果原對象字節長度小於width
• lstrip([chars])：默認從左側開頭位置刪除空白符。該函數刪除參數chars中所有字符的任意組合；而removeprefix方法只刪除子串。
• rjust(width[, fillbyte])
• rsplit(sep=None, maxsplit=- 1)
• rstrip([chars])
• split(sep=None, maxsplit=- 1)
• strip([chars])
• capitalize()
• expandtabs(tabsize=8):返回序列的副本，其中所有制表符被指定個數的空格符替換
• isalnum()
• isalpha()
• isascii()
• isdigit()
• islower()
• isspace()
• istitle()
• isupper()
• lower()
• splitlines(keepends=False)：返回一個list
• swapcase()
• title()
• upper()
• zfill(width)：左側零填充

print(格式化參數)，轉換說明符包含兩個或多個字符並具有以下組件，這些組件必須按此順序出現：

1. '%' 字符，標記說明符的開始。
2. 映射鍵（可選），由帶括號的字符序列組成，為後續字典變量中的key
3. 轉換標誌（conversion flag，可選），影響某些轉換類型的結果。'#'值轉換使用「alternate form」；'0'表示零填充數值；'-'表示左對齊；' '產生有符號轉換；'+'產生帶正負號的轉換。
4. 最小字段寬度（可選）。如果指定為「*」（星號），則從值中元組的下一個元素讀取實際寬度，並且要轉換的對象位於最小字段寬度和可選精度之後。
5. 精度（可選），以「.」形式給出（點）後跟精度。如果指定為 '*'（星號），則從 values 中元組的下一個元素讀取實際精度，並且要轉換的值位於精度之後。
6. 長度修飾符（可選），可為h, l, L。但Python忽略它們。
7. 轉換類型。基本類似C語言的sprintf函數。's' 或'b' 表示字節（任何遵循緩衝區協議或具有 __bytes__() 的對象）。'r' 或'a' 表示字節（使用 repr(obj).encode('ascii', 'backslashreplace') 轉換任何 Python 對象）。

例如：

 print(b'%(language)s has %(number)03d quote types.' %{b'language': b"Python", b"number": 2})

array.array

如果需要使用數組，需要如下：

import array
a = array.array('h', [0, 1, 2, 3])

構造函數class array.array(typecode[, initializer])創建一個由 typecode限制類型的新數組，並由initializer的值進行初始化。實際上，會根據initializer的情況調用本類的fromlist()、 frombytes() 或 fromunicode() 方法將初始元素添加到數組中，或者將可迭代對象作為initializer傳給 extend() 方法。

本類的方法或屬性：

• array.typecode：用於創建數組的類型碼字符。
• array.itemsize：在內部表示中一個數組項的字節長度。
• array.append(x)：添加一個值為 x 的新項到數組末尾。
• array.buffer_info()：返回一個元組 (address, length) 以給出用於存放數組內容的緩衝區元素的當前內存地址和長度。 以字節表示的內存緩衝區大小可通過 array.buffer_info()[1] * array.itemsize 來計算。
• array.byteswap()：對所有數組項做大小端序交換。 此方法只支持大小為 1, 2, 4 或 8 字節的值；對於其他值類型將引發 RuntimeError。 它適用於從不同字節序機器所生成的文件中讀取數據的情況。
• array.count(x)：返回 x 在數組中的出現次數。
• array.extend(iterable)：將來自 iterable 的項添加到數組末尾。 如果 iterable 是另一個數組，它必須具有 完全 相同的類型碼；否則將引發 TypeError。 如果 iterable 不是一個數組，則它必須為可迭代對象並且其元素必須為可添加到數組的適當類型。
• array.frombytes(s)：添加來自字節串的項，將字符節解讀為機器值的數組（相當於使用 fromfile() 方法從文件中讀取數據）。
• array.fromfile(f, n):從 file object f 中讀取 n 項並將它們添加到數組末尾。 如果可用數據少於 n 項，則會引發 EOFError，但可用的項仍然會被插入數組。
• array.fromlist(list):添加來自 list 的項。 這等價於 for x in list: a.append(x)，區別在於如果發生類型錯誤，數組將不會被改變。
• array.fromunicode(s)：使用來自給定 Unicode 字符串的數組擴展數組。 數組必須是類型為 'u' 的數組；否則將引發 ValueError。 請使用 array.frombytes(unicodestring.encode(enc)) 來將 Unicode 數據添加到其他類型的數組。
• array.index(x[, start[, stop]])：返回最小的 i 使得 i 為數組中首次出現的 x 的索引號。 指定可選參數 start 和 stop 以便在數組的一個子部分內部搜索 x。 如果未找到 x 則會引發 ValueError。
• array.insert(i, x)：將值 x 作為新項插入數組的 i 位置之前。 負值將被視為相對於數組末尾的位置。
• array.pop([i])：從數組中移除序號為 i 的項並將其返回。 可選參數值默認為 -1，因此默認將移除並返回末尾項。
• array.remove(x)：從數組中移除首次出現的 x。
• array.reverse()：反轉數組中各項的順序。
• array.tobytes()：將數組轉換為一個機器值數組並返回其字節表示（即相當與通過 tofile() 方法寫入到文件的字節序列。）
• array.tofile(f)：將所有項（作為機器值）寫入到 file object f。
• array.tolist()：將數組轉換為包含相同項的普通列表。
• array.tounicode()：將數組轉換為一個 Unicode 字符串。 數組必須是類型為 'u' 的數組；否則將引發 ValueError。 請使用 array.tobytes().decode(enc) 來從其他類型的數組生成 Unicode 字符串。

memoryview

memoryview對象支持訪問一個滿足緩衝區協議（buffer protocol）的對象的內部數據而無需複製操作。這包括bytes、bytearray、array.array等類型。如：

a=bytearray([0x10,0x11,0x12,0x13,0x14,0x15,0x16])
v=memoryview(a)

內存視圖轉化為其它類型，可用tobytes、tolist，或者cast方法，或者struct.unpack方法。

len(view)等於tolist的長度

view.ndim = 0則長度為1。view.ndim = 1則長度為view中元素個數。

itemsize特性給出單個元素的字節數。

調用內存視圖的release函數，可以使得原對象實例恢復全部操作能力。

memoryview支持切片和索引操作。

memoryview可修改內容。如：

data = bytearray(b'abcefg')
v = memoryview(data)
v[1:4] = b'123' #data内容变为 bytearray(b'z123fg')

memoryview是按維度和元素值比較相等，如

a = array.array('I', [1, 2, 3, 4, 5])
b = array.array('d', [1.0, 2.0, 3.0, 4.0, 5.0])
c = array.array('b', [5, 3, 1])
x = memoryview(a)
y = memoryview(b)
x == a == y == b # 为True

其它方法有：

• tobytes(order=None)：參數值可以為{『C』, 『F』, 『A』}分別表示C語言、Fortran語言、物理序。
• hex([sep[, bytes_per_sep]])：返回十六進制表示的字符串。
• tolist()
• toreadonly()：返回只讀的memoryview
• release()：釋放基礎數據。當前memoryview不再有效。
• cast(format[, shape])：創建一個新的memoryview，但基礎buffer數據不變。如：

import struct
buf = struct.pack("i"*12, *list(range(12)))
x = memoryview(buf)
y = x.cast('i', shape=[2,2,3])
y.tolist() #结果为[[[0, 1, 2], [3, 4, 5]], [[6, 7, 8], [9, 10, 11]]]

memoryview的只讀屬性：

• obj：返回基礎buffer的對象
• nbytes：總字節數
• readonly：是否只讀
• format
• itemsize
• ndim：多維數組的維數
• shape：多維數組的維度的元組表示
• strides：多維數組各維度的字節步長
• c_contiguous
• f_contiguous
• contiguous

格式說明

格式類型的前綴

字符	字節序	尺寸	對齊
@	native	native	native
=	native	standard	none
<	小尾序	standard	none
>	大尾序	standard	none
!	網絡序	standard	none

格式類型

Format	C Type	Python type	Standard size	注釋
x	pad byte	no value
c	char	bytes of length 1	1
b	signed char	integer	1
B	unsigned char	integer	1
?	_Bool	bool	1	C99引入的類型。返回值是 True或False
h	short	integer	2
H	short	integer	2
i	int	integer	4
I	unsigned int	integer	4
l	long	integer	4
L	unsigned long	integer	4
q	long long	integer	8
Q	unsigned long long	integer	8
n	ssize_t	integer
N	size_t	integer
e	半精度	float	2
f	float	float	4
d	double	float	8
s	char[]	bytes		整數後跟s，表示字節序列長度。默認為1。會自動截斷或補0字節
p	char[]	bytes		Pascal string
P	void *	integer

數字後面跟隨格式字符，表示該格式字符重複的次數。例如：'4h'等價於'hhhh'