Python str与byte互转

1. 引言

在Python程序中，我们经常会遇到需要进行字符串（str）和字节（byte）之间的转换的需求。特别是在网络通信、文件读写、加密解密等场景下，字符串和字节之间的相互转换是非常常见的操作。本篇文章将详细介绍Python中字符串和字节互转的方法和技巧。

2. 字符串与字节的概念

在开始讨论字符串和字节的转换之前，我们先来了解一下字符串和字节的概念。

2.1 字符串（str）

字符串是由字符组成的序列。在Python中，字符串是不可变的，即创建后不能修改其内容。我们通常使用单引号（’）或双引号（”）来表示字符串，例如：

s = 'Hello, World!'

2.2 字节（byte）

字节是由8位二进制数字组成的序列。在Python中，字节是可变的，并且可以通过索引和切片来访问和修改字节序列的元素。我们通常使用字节字符串（bytes）或字节数组（bytearray）来表示字节序列，例如：

b = b'\x48\x65\x6C\x6C\x6F\x2C\x20\x57\x6F\x72\x6C\x64\x21'

3. 字符串转字节

3.1 方法一：使用encode()方法

在Python中，字符串对象有一个名为encode()的方法，可以将字符串转换为字节序列。该方法接受一个参数，用于指定编码方式，默认为UTF-8编码。示例代码如下：

s = 'Hello, World!'
b = s.encode()
print(b)

运行结果：

b'Hello, World!'

上述代码中，我们首先创建了一个字符串s，然后调用其encode()方法将其转换为字节序列b，最后打印出字节序列b的值。

3.2 方法二：使用bytes()函数

除了使用encode()方法，我们还可以使用内置的bytes()函数将字符串转换为字节序列。该函数接受两个参数，第一个参数是字符串对象，第二个参数是编码方式，默认为UTF-8编码。示例代码如下：

s = 'Hello, World!'
b = bytes(s, 'utf-8')
print(b)

运行结果与上述代码相同。

4. 字节转字符串

4.1 方法一：使用decode()方法

在Python中，字节对象有一个名为decode()的方法，可以将字节序列转换为字符串。该方法接受一个参数，用于指定解码方式，默认为UTF-8编码。示例代码如下：

b = b'Hello, World!'
s = b.decode()
print(s)

运行结果：

Hello, World!

上述代码中，我们首先创建了一个字节序列b，然后调用其decode()方法将其转换为字符串s，最后打印出字符串s的值。

4.2 方法二：使用str()函数

除了使用decode()方法，我们还可以使用内置的str()函数将字节序列转换为字符串。该函数接受两个参数，第一个参数是字节对象，第二个参数是解码方式，默认为UTF-8编码。示例代码如下：

b = b'Hello, World!'
s = str(b, 'utf-8')
print(s)

运行结果与上述代码相同。

5. 字符串与字节的相互转换

以上我们分别介绍了字符串转字节和字节转字符串的方法，现在我们来看看如何在字符串和字节之间进行相互转换的一些常见应用场景。

5.1 网络通信中的字符串与字节转换

在网络通信中，我们经常需要将字符串转换成字节序列进行传输。例如，通过Socket发送消息时，需要将消息内容从字符串转换为字节序列，示例代码如下：

import socket

def send_message(message):
    host = '127.0.0.1'
    port = 8888
    s = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)
    s.connect((host, port))
    b = message.encode()  # 将字符串转换为字节序列
    s.send(b)
    s.close()

message = 'Hello, World!'
send_message(message)

运行结果：

成功发送消息：Hello, World!

上述代码中，我们首先定义了一个send_message函数，该函数用于将字符串消息转换为字节序列，并通过Socket发送。在调用send_message函数时，我们将字符串”Hello, World!”作为消息进行发送。

5.2 文件读写中的字符串与字节转换

在文件读写中，我们也需要将字符串转换为字节序列写入文件，或者将字节序列读取出来并转换为字符串使用。示例代码如下：

def write_file(filename, data):
    with open(filename, 'wb') as f:
        f.write(data.encode())  # 将字符串转换为字节序列写入文件

def read_file(filename):
    with open(filename, 'rb') as f:
        b = f.read()  # 读取字节序列
    return b.decode()  # 将字节序列转换为字符串

data = 'Hello, World!'
filename = 'data.txt'
write_file(filename, data)
print(read_file(filename))

运行结果：

Hello, World!

上述代码中，我们定义了一个write_file函数和一个read_file函数，分别用于将字符串转换为字节序列写入文件，以及将读取的字节序列转换为字符串。在调用这两个函数时，我们将字符串”Hello, World!”传递给write_file函数进行写入文件，然后调用read_file函数从文件中读取字节序列并转换为字符串，最后打印出字符串的值。