Hướng dẫn can python read binary files? - Python có thể đọc các tệp nhị phân không?

Tôi cũng thấy Python thiếu khi đọc và viết các tệp nhị phân, vì vậy tôi đã viết một mô -đun nhỏ (cho Python 3.6+).

Với BinaryFile, bạn sẽ làm điều gì đó như thế này (tôi đoán, vì tôi không biết Fortran):

import binaryfile

def particle_file(f):
    f.array('group_ids')  # Declare group_ids to be an array (so we can use it in a loop)
    f.skip(4)  # Bytes 1-4
    num_particles = f.count('num_particles', 'group_ids', 4)  # Bytes 5-8
    f.int('num_groups', 4)  # Bytes 9-12
    f.skip(8)  # Bytes 13-20
    for i in range(num_particles):
        f.struct('group_ids', '>f')  # 4 bytes x num_particles
    f.skip(4)

with open('myfile.bin', 'rb') as fh:
    result = binaryfile.read(fh, particle_file)
print(result)

Trong đó tạo ra một đầu ra như thế này:

{
    'group_ids': [(1.0,), (0.0,), (2.0,), (0.0,), (1.0,)],
    '__skipped': [b'\x00\x00\x00\x08', b'\x00\x00\x00\x08\x00\x00\x00\x14', b'\x00\x00\x00\x14'],
    'num_particles': 5,
    'num_groups': 3
}

Tôi đã sử dụng Skip () để bỏ qua dữ liệu bổ sung Fortran cho biết thêm, nhưng bạn có thể muốn thêm một tiện ích để xử lý các bản ghi Fortran đúng cách thay thế. Nếu bạn làm như vậy, một yêu cầu kéo sẽ được chào đón.

Đăng nhập vào tài khoản Python Barsels của bạn để lưu cài đặt screencast của bạn.

Vẫn chưa có tài khoản? Đăng ký tại đây.

Điều gì sẽ xảy ra nếu bạn muốn đọc từ một tệp không phải là một tệp văn bản?read from a file that isn't a text file?

Cách đọc tệp nhị phân trong Python

Nếu chúng ta cố gắng đọc một tệp zip bằng hàm

{
    'group_ids': [(1.0,), (0.0,), (2.0,), (0.0,), (1.0,)],
    '__skipped': [b'\x00\x00\x00\x08', b'\x00\x00\x00\x08\x00\x00\x00\x14', b'\x00\x00\x00\x14'],
    'num_particles': 5,
    'num_groups': 3
}

>>> with open("exercises.zip") as zip_file:
...     contents = zip_file.read()
...
Traceback (most recent call last):
  File "<stdin>", line 2, in <module>
  File "/usr/lib/python3.10/codecs.py", line 322, in de
code
    (result, consumed) = self._buffer_decode(data, self.errors, final)
UnicodeDecodeError: 'utf-8' codec can't decode byte 0x8e in position 11: invalid sta
rt byte

Chúng tôi gặp lỗi vì các tệp zip không phải là tệp văn bản, chúng là các tệp nhị phân.binary files.

Để đọc từ một tệp nhị phân, chúng ta cần mở nó với chế độ

{
    'group_ids': [(1.0,), (0.0,), (2.0,), (0.0,), (1.0,)],
    '__skipped': [b'\x00\x00\x00\x08', b'\x00\x00\x00\x08\x00\x00\x00\x14', b'\x00\x00\x00\x14'],
    'num_particles': 5,
    'num_groups': 3
}

{
    'group_ids': [(1.0,), (0.0,), (2.0,), (0.0,), (1.0,)],
    '__skipped': [b'\x00\x00\x00\x08', b'\x00\x00\x00\x08\x00\x00\x00\x14', b'\x00\x00\x00\x14'],
    'num_particles': 5,
    'num_groups': 3
}

{
    'group_ids': [(1.0,), (0.0,), (2.0,), (0.0,), (1.0,)],
    '__skipped': [b'\x00\x00\x00\x08', b'\x00\x00\x00\x08\x00\x00\x00\x14', b'\x00\x00\x00\x14'],
    'num_particles': 5,
    'num_groups': 3
}

{
    'group_ids': [(1.0,), (0.0,), (2.0,), (0.0,), (1.0,)],
    '__skipped': [b'\x00\x00\x00\x08', b'\x00\x00\x00\x08\x00\x00\x00\x14', b'\x00\x00\x00\x14'],
    'num_particles': 5,
    'num_groups': 3
}

>>> with open("exercises.zip", mode="rb") as zip_file:
...     contents = zip_file.read()
...

Khi bạn đọc từ một tệp nhị phân, bạn sẽ không lấy lại chuỗi. Bạn sẽ nhận lại một đối tượng

{
    'group_ids': [(1.0,), (0.0,), (2.0,), (0.0,), (1.0,)],
    '__skipped': [b'\x00\x00\x00\x08', b'\x00\x00\x00\x08\x00\x00\x00\x14', b'\x00\x00\x00\x14'],
    'num_particles': 5,
    'num_groups': 3
}

>>> with open("exercises.zip", mode="rb") as zip_file:
...     contents = zip_file.read()
...
>>> type(contents)
<class 'bytes'>
>>> contents[:20]
b'PK\x03\x04\n\x00\x00\x00\x00\x00Y\x8e\x84T\x00\x00\x00\x00\x00\x00'

Chuỗi byte không có ký tự trong đó: họ có byte trong đó.: they have bytes in them.

Các byte trong một tập tin sẽ không giúp chúng tôi rất nhiều trừ khi chúng tôi hiểu ý nghĩa của chúng.

Sử dụng thư viện để đọc tệp nhị phân của bạn

Bạn có thể sẽ không đọc một tập tin nhị phân rất thường xuyên.

Khi làm việc với các tệp nhị phân, bạn thường sử dụng thư viện (thư viện Python tích hợp hoặc thư viện của bên thứ ba) biết cách xử lý loại tệp cụ thể mà bạn đang làm việc. Thư viện đó sẽ thực hiện công việc giải mã các byte từ tệp của bạn thành một cái gì đó dễ làm việc hơn.

Ví dụ: mô -đun

{
    'group_ids': [(1.0,), (0.0,), (2.0,), (0.0,), (1.0,)],
    '__skipped': [b'\x00\x00\x00\x08', b'\x00\x00\x00\x08\x00\x00\x00\x14', b'\x00\x00\x00\x14'],
    'num_particles': 5,
    'num_groups': 3
}

>>> from zipfile import ZipFile
>>>
>>> with ZipFile("exercises.zip") as zip_file:
...     test_file = zip_file.read("exercises/test.py").decode("utf-8")
...
>>> test_file[:30]
'#!/usr/bin/env python3\nfrom __'

Tốt nhất là tránh thực hiện logic kiểm tra byte hoặc kiểm tra byte của riêng bạn nếu ai đó đã thực hiện công việc đó cho bạn.avoid implementing your own byte-checking or byte manipulation logic if someone has already done that work for you.

Làm việc ở cấp độ byte trong Python

Đôi khi bạn sẽ làm việc với thư viện hoặc API yêu cầu bạn phải làm việc trực tiếp ở cấp độ byte. Trong trường hợp đó, bạn sẽ muốn có ít nhất một chút quen thuộc với các tệp nhị phân và chuỗi byte.

Ví dụ: giả sử chúng tôi muốn tính toán

{
    'group_ids': [(1.0,), (0.0,), (2.0,), (0.0,), (1.0,)],
    '__skipped': [b'\x00\x00\x00\x08', b'\x00\x00\x00\x08\x00\x00\x00\x14', b'\x00\x00\x00\x14'],
    'num_particles': 5,
    'num_groups': 3
}

{
    'group_ids': [(1.0,), (0.0,), (2.0,), (0.0,), (1.0,)],
    '__skipped': [b'\x00\x00\x00\x08', b'\x00\x00\x00\x08\x00\x00\x00\x14', b'\x00\x00\x00\x14'],
    'num_particles': 5,
    'num_groups': 3
}

Ở đây chúng tôi có một chức năng gọi là

{
    'group_ids': [(1.0,), (0.0,), (2.0,), (0.0,), (1.0,)],
    '__skipped': [b'\x00\x00\x00\x08', b'\x00\x00\x00\x08\x00\x00\x00\x14', b'\x00\x00\x00\x14'],
    'num_particles': 5,
    'num_groups': 3
}

import hashlib


def get_sha256_hash(filename):
    with open(filename, mode="rb") as f:
        return hashlib.sha256(f.read()).hexdigest()

Hàm này đọc tất cả các dữ liệu nhị phân trong tệp này. Chúng tôi đang đọc byte vì mô -đun ____2020 của Python yêu cầu chúng tôi làm việc với các byte. Mô-đun

>>> with open("exercises.zip") as zip_file:
...     contents = zip_file.read()
...
Traceback (most recent call last):
  File "<stdin>", line 2, in <module>
  File "/usr/lib/python3.10/codecs.py", line 322, in de
code
    (result, consumed) = self._buffer_decode(data, self.errors, final)
UnicodeDecodeError: 'utf-8' codec can't decode byte 0x8e in position 11: invalid sta
rt byte

{
    'group_ids': [(1.0,), (0.0,), (2.0,), (0.0,), (1.0,)],
    '__skipped': [b'\x00\x00\x00\x08', b'\x00\x00\x00\x08\x00\x00\x00\x14', b'\x00\x00\x00\x14'],
    'num_particles': 5,
    'num_groups': 3
}

Vì vậy, chúng tôi sẽ chuyển tất cả các byte trong tệp của chúng tôi để có một đối tượng băm và sau đó gọi phương thức

>>> with open("exercises.zip") as zip_file:
...     contents = zip_file.read()
...
Traceback (most recent call last):
  File "<stdin>", line 2, in <module>
  File "/usr/lib/python3.10/codecs.py", line 322, in de
code
    (result, consumed) = self._buffer_decode(data, self.errors, final)
UnicodeDecodeError: 'utf-8' codec can't decode byte 0x8e in position 11: invalid sta
rt byte

>>> get_sha256_hash("exercises.zip")
'9e98242a21760945ec815668fc79d8621fa15dd23659ea29be2c5949153fe96d'

Chức năng này hoạt động tốt, nhưng đọc các tệp rất lớn với chức năng này có thể là một vấn đề.

Đọc các tệp nhị phân trong các khối

Hàm

{
    'group_ids': [(1.0,), (0.0,), (2.0,), (0.0,), (1.0,)],
    '__skipped': [b'\x00\x00\x00\x08', b'\x00\x00\x00\x08\x00\x00\x00\x14', b'\x00\x00\x00\x14'],
    'num_particles': 5,
    'num_groups': 3
}

Với một tệp văn bản, cách thông thường để giải quyết vấn đề này sẽ là đọc từng dòng tệp. Nhưng các tập tin nhị phân không nhất thiết phải có dòng! Thay vào đó, chúng ta có thể cố gắng đọc Chunk của Chunk.binary files don't necessarily have lines! Instead, we could try to read chunk by chunk.

Đầu tiên chúng tôi sẽ đọc một đoạn tám kilobyte từ tập tin của chúng tôi:

import hashlib


def get_sha256_hash(filename, buffer_size=2**10*8):
    file_hash = hashlib.sha256()
    with open(filename, mode="rb") as f:
        chunk = f.read(buffer_size)

Chúng tôi tạo một đối tượng băm mới trước và sau đó đọc một đoạn tám kilobyte (bằng cách chuyển số byte cho phương thức

>>> with open("exercises.zip") as zip_file:
...     contents = zip_file.read()
...
Traceback (most recent call last):
  File "<stdin>", line 2, in <module>
  File "/usr/lib/python3.10/codecs.py", line 322, in de
code
    (result, consumed) = self._buffer_decode(data, self.errors, final)
UnicodeDecodeError: 'utf-8' codec can't decode byte 0x8e in position 11: invalid sta
rt byte

Bây giờ chúng tôi cần phần còn lại của các phần của tập tin của chúng tôi. Vì vậy, chúng tôi sẽ lặp:

import hashlib


def get_sha256_hash(filename, buffer_size=2**10*8):
    file_hash = hashlib.sha256()
    with open(filename, mode="rb") as f:
        chunk = f.read(buffer_size)
        while chunk:
            file_hash.update(chunk)
            chunk = f.read(buffer_size)
    return file_hash.hexdigest()

Chúng tôi liên tục đọc một đoạn, cập nhật đối tượng băm của chúng tôi, và sau đó đọc một đoạn khác.

Miễn là chúng tôi không ở cuối tập tin của chúng tôi, chúng tôi sẽ lấy lại một sự thật khi chúng tôi đọc.

Nhưng khi chúng tôi đọc ở cuối tệp của chúng tôi, chúng tôi sẽ lấy lại một chuỗi byte trống. Chuỗi byte trống (như chuỗi trống) là giả, vì vậy ở cuối tập tin của chúng tôi, chúng tôi sẽ thoát ra khỏi vòng lặp của chúng tôi. Sau đó, chúng tôi sẽ trả lại

>>> with open("exercises.zip") as zip_file:
...     contents = zip_file.read()
...
Traceback (most recent call last):
  File "<stdin>", line 2, in <module>
  File "/usr/lib/python3.10/codecs.py", line 322, in de
code
    (result, consumed) = self._buffer_decode(data, self.errors, final)
UnicodeDecodeError: 'utf-8' codec can't decode byte 0x8e in position 11: invalid sta
rt byte

Hàm

{
    'group_ids': [(1.0,), (0.0,), (2.0,), (0.0,), (1.0,)],
    '__skipped': [b'\x00\x00\x00\x08', b'\x00\x00\x00\x08\x00\x00\x00\x14', b'\x00\x00\x00\x14'],
    'num_particles': 5,
    'num_groups': 3
}

{
    'group_ids': [(1.0,), (0.0,), (2.0,), (0.0,), (1.0,)],
    '__skipped': [b'\x00\x00\x00\x08', b'\x00\x00\x00\x08\x00\x00\x00\x14', b'\x00\x00\x00\x14'],
    'num_particles': 5,
    'num_groups': 3
}

Nhưng thay vì đọc toàn bộ tệp của chúng tôi vào bộ nhớ, giờ đây chúng tôi đang đọc tệp chunk-by-chunk của chúng tôi.reading our file chunk-by-chunk.

Bên cạnh: sử dụng biểu thức gán

Thông thường để xem biểu thức gán được sử dụng (thông qua toán tử Walrus của Python) khi đọc các tệp chunk-by-chunk:assignment expression used (via Python's walrus operator) when reading files chunk-by-chunk:

{
    'group_ids': [(1.0,), (0.0,), (2.0,), (0.0,), (1.0,)],
    '__skipped': [b'\x00\x00\x00\x08', b'\x00\x00\x00\x08\x00\x00\x00\x14', b'\x00\x00\x00\x14'],
    'num_particles': 5,
    'num_groups': 3
}

Việc đọc dữ liệu liên tục trong vòng lặp

>>> with open("exercises.zip") as zip_file:
...     contents = zip_file.read()
...
Traceback (most recent call last):
  File "<stdin>", line 2, in <module>
  File "/usr/lib/python3.10/codecs.py", line 322, in de
code
    (result, consumed) = self._buffer_decode(data, self.errors, final)
UnicodeDecodeError: 'utf-8' codec can't decode byte 0x8e in position 11: invalid sta
rt byte

Người vận hành Walrus đã được thêm vào trong Python 3,8.

Bản tóm tắt

Khi bạn đọc một tệp nhị phân trong Python, bạn sẽ nhận lại byte.you'll get back bytes.

Khi bạn đang đọc một tệp nhị phân lớn, có lẽ bạn sẽ muốn đọc nó theo chunk.read it chunk-by-chunk.

Nhưng tốt nhất là tránh tự đọc các tệp nhị phân nếu bạn có thể. Nếu có thư viện của bên thứ ba có thể giúp bạn xử lý tệp nhị phân của mình, có lẽ bạn nên sử dụng thư viện đó để thực hiện xử lý dựa trên byte cho bạn.avoid reading binary files yourself if you can. If there's a third-party library that can help you process your binary file, you should probably use that library to do the byte-based processing for you.

Làm thế nào để bạn giải mã một tệp nhị phân trong Python?

Làm cách nào để nhập nhị phân vào Python?

Làm thế nào để bạn đọc các số nhị phân trong Python?

Làm cách nào để đọc một tệp nhị phân?