Python二进制文件读写指南：掌握处理非文本数据的关键

2024-10-24 11:27:16

在编程的广阔世界中，我们常常需要与各种类型的数据打交道，其中就包括二进制文件。它不像我们平时看到的文本文件那样，内容是由人类可直接阅读的字符组成，而是以字节序列的形式存储数据，内容可能是机器指令或者原始数据。掌握读写二进制文件的技巧，对于处理图像、音频、视频等非文本数据至关重要。

如何将数据写入二进制文件？

假设我们需要将一些整数写入二进制文件。Python 的内置函数 open() 和 bytearray() 可以帮助我们实现这个目标。

第一步，我们使用 open() 函数打开一个文件，文件打开模式设置为 "wb"，这意味着我们是以二进制写入模式打开文件。

with open("myfile.bin", "wb") as f:
  data = bytearray([10, 20, 30, 40, 50])
  f.write(data)

这段代码创建了一个名为 "myfile.bin" 的二进制文件，并将一个包含 5 个整数的字节数组写入文件。bytearray() 函数负责将整数列表转换为字节序列，f.write() 方法则将字节序列写入文件。

如何从二进制文件中读取数据？

读取二进制文件同样需要使用 open() 函数，但这次我们需要将文件打开模式设置为 "rb"，表示以二进制读取模式打开文件。

with open("myfile.bin", "rb") as f:
  data = f.read()
  for byte in data:
    print(byte)

这段代码打开 "myfile.bin" 文件，并使用 f.read() 方法读取所有字节数据。接下来，我们遍历字节序列，并将每个字节的值打印出来。

如何处理不同类型的数据？

在实际应用中，我们可能会遇到各种不同类型的数据，例如浮点数、字符串等。这时，Python 的 struct 模块就派上用场了，它可以帮助我们进行数据打包和解包。

举个例子，假设我们要将一个浮点数和一个字符串写入二进制文件：

import struct

with open("myfile.bin", "wb") as f:
  float_data = 3.14159
  string_data = "Hello, world!"
  packed_data = struct.pack("f13s", float_data, string_data.encode())
  f.write(packed_data)

这段代码首先使用 struct.pack() 函数将浮点数和字符串打包成字节序列。"f13s" 是格式字符串，它表示一个浮点数和一个长度为 13 的字符串。string_data.encode() 则将字符串转换为字节序列。

当我们需要读取数据时，可以使用 struct.unpack() 函数进行解包：

import struct

with open("myfile.bin", "rb") as f:
  packed_data = f.read()
  float_data, string_data = struct.unpack("f13s", packed_data)
  print(float_data)
  print(string_data.decode())

这段代码读取打包后的字节序列，并使用 struct.unpack() 函数进行解包。string_data.decode() 将字节序列转换回字符串。

处理二进制文件时可能遇到的问题和解决方法

在读写二进制文件的过程中，我们可能会遇到一些常见问题。

读取的数据不完整 : 这种情况可能是因为文件没有被完全读取，或者读取的数据长度与预期不符。我们可以使用 f.read(size) 方法指定读取的字节数，或者使用 f.seek() 方法将文件指针移动到指定位置。
数据类型错误 : 出现这种情况可能是因为解包时使用的格式字符串与打包时不一致，或者数据本身存在错误。我们需要仔细检查数据类型和格式字符串，并确保数据来源可靠。
文件打开失败 : 这种情况可能是因为文件不存在，或者没有足够的权限访问文件。我们需要检查文件路径和权限设置，确保文件存在且我们拥有访问权限。
写入数据后文件大小异常 : 这可能是因为写入的数据类型与预期不符，例如写入了一个字符串，但使用了整数的格式进行打包。确保写入的数据类型与打包格式一致。
读取数据后出现乱码 : 这可能是因为使用了错误的编码方式读取数据，例如二进制文件使用了UTF-8编码，但使用GBK编码读取。尝试使用不同的编码方式读取数据，例如UTF-8、GBK等，找到正确的编码方式。