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0440.md

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Error in user YAML: (<unknown>): could not find expected ':' while scanning a simple key at line 3 column 1
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- oeasy Python 0440
- 这是 oeasy 系统化 Python 教程，从基础一步步讲，扎实、完整、不跳步。愿意花时间学，就能真正学会。
本教程同步发布在： 

     个人网站： `https://oeasy.org` 
     蓝桥云课： `https://www.lanqiao.cn/courses/3584` 
     GitHub： `https://github.com/overmind1980/oeasy-python-tutorial` 
     Gitee： `https://gitee.com/overmind1980/oeasypython` 
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二进制文件流存取整数

回忆

  • 上次我们用二进制写了文件
  • 写的时候也可以 seek 调整流文件头
  • 这二进制写(wb)和字符写(wt)好像也差不多
  • 为什么要有这么一个二进制写的方式呢？🤔

写数字

  • 尝试直接写数字
    • 失败
    • 类型错误
    • Type Error

图片描述

  • 需要写的是
    • bytes-like
    • 字节码形式
    • 给了个int整型
  • 如果
    • 把 123 编码为二进制形式
    • 成为字节序列之后
    • 就可以写进去了吗？

编码

图片描述

  • 这里引入了 struct 包
    • struct 包可以把数字编码
import struct
print(struct.pack('i',123)
  • 要注意
    • 字节数量
    • 字节序
  • 具体怎么做呢？

具体编码

  • 把 123 编码为 4 字节有符号整型变量
  • "i"
    • 有符号整形变量
    • 代表 4 字节的有符号 integer
  • 编码的结果中有一个大括号这怎么解释？

图片描述

  • 上图中红框里面的大括号

数值验证

  • 字符大括号{
    • 对应什么样的字节情况呢?
    • 其实是0x7b

图片描述

  • b'{\x00\x00\x00'
    • 其实就是
    • b'\x7b\x00\x00\x00'
    • 那么他对应的数字是多少呢？

转化回来

图片描述

  • 还真的是可以完全对应上的

图片描述

  • 那这个可以写到文件里面么？

写入文件

  • 好像写了4个字节

图片描述

  • 真写进去了么？

观察

  • 在 terminal 里观察一下

图片描述

  • 真的用二进制形式
    • 或者说 wb的模式 写进去了
  • 那我能再读出来么?

读出

  • rb
    • r - read - 读模式
    • b - binary - 二进制

图片描述

  • 解码之后出来的是一个元组
    • 元组就是一个数字的集合
    • (123,) 这个元组只包含一个元素
    • 就是第 0 个元素
    • 需要用 [0] 得到第 0 个元素

优劣分析

  • 123 用 txt 文本的方式读写
    • 用 4 个字节
    • 运算的话，需要把字符串型转化为 int 型
  • 123 用 binary 二进制方式读写
    • 用 4 个字节
    • 运算的话可以直接运算
  • 这样看来
    • 二进制方式读写
    • 相对 字符串读写
    • 有优势 但优势不大
  • 我们再来试试

整型数字存储

  • 用i(每个数字4字节的方式)来读写
    • 4 个数据都是 i
    • 所以数据格式就是i*4
    • 也就是iiii
    • 总共需要 4*4=16 字节

图片描述

  • 第一个数123对应的字节序列是b'{\x00\x00\x00'

图片描述

第二个数

  • 第二个数1234对应的字节序列是b'\xd2\x04\x00\x00'

图片描述

第三个数

  • 第三个数12345
    • 对应的字节序列是
    • b'90\x00\x00'
    • 也就是
    • b'\x39\x30\x00\x00'

图片描述

  • 第四个数是123456，可以自行计算
  • 这四个数都是4个字节，共16个字节
  • 用字符串方式存储又会如何呢？

字符串存储

  • 对比纯文本的话
    • 3+4+5+6 = 17 字节
    • 而且还要加上 3 个分隔符(\n换行符x)
    • 17 + 3 = 20 字节

图片描述

  • 最终文本转化为数字也需要开销

  • 更何况二进制存储格式非常多

    • 有符号无符号
    • byte、short、int、long 等

  • 可以一次性

    • 将4个数字同时写进去吗？

写入

  • 一把写进去

图片描述

  • 好像真的一把写入了
    • 4 个变量
    • 共 16 个字节

验证

  • 去文件系统验证

图片描述

  • 可以读出来么？

读取

  • 用二进制读出来

图片描述

  • 读写成功

python的优点

  • pack 和 unpack
    • 明确地规定了到底用哪种方式进行编码解码
    • 这对于编程是很明确的
      • 原来不同的系统有不同的数据编码方式
  • 相比 c 语言
    • 大致规定了
    • 不同数据类型的位数
  • c语言 还有些不明确的地方
    • 比如 16 位机 和 32 位机 对于 int 长度
    • 可能加法之后
    • 反而出现负数
  • 早期 这对于
    • 科学家、数学家
    • 是难以理解的
    • 所以他们成为了python 用户
    • 尤其是补码的概念
    • 包括递归导致的空间不足
    • 堆栈溢出等等
    • 当时确实属于专业领域

起因

  • 他们会因此放弃使用
    • 他们需要的是科学计算
    • 而不是成为程序员
  • 所以易用易学是 python 的目标
  • 如果出了问题
    • python 会指出 Error 出在哪
    • 哪个数据什么时候在哪不合适
  • pack、unpack 和 encode、decode 都是编解码
    • 有什么不同呢？

类型不同

  • pack、unpack
    • 打包、解包
    • 一般指的是数字类型的编码和解码

图片描述

  • encode、decode
    • 编码、解码
    • 一般指的是字符串类型的编码和解码

图片描述

  • 那么什么是编码和解码呢？

编码解码

  • pack、unpack 是对于数字型变量的
    • 这里是浮点型数字

图片描述

  • encode 和 decode 是对于字符型变量的

图片描述

  • 编码和解码
    • pack、encode 都是编码
      • 都是把现实世界的数字和文字转化为二进制
    • unpack、decode 都是解码
      • 都是把二进制转化为现实世界的数字和文字

总结

  • 这次在文件流中读写了二进制数字
  • 在多数字的读写实践中，确认
    • 二进制数字更有优势
  • 文件流中可以读写浮点型数字么？🤔
  • 下次再说 👋
  • 本文来自 oeasy Python 系统教程。
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