在python中将字节转换为位

Posted 2023-02-18

【中文标题】在python中将字节转换为位

【英文标题】：Convert bytes to bits in python

【发布时间】：2012-02-07 14:12:07

【问题描述】：

我正在使用 Python3.2。我需要将十六进制流作为输入并在位级解析它。所以我用了

bytes.fromhex(input_str)

将字符串转换为实际字节。现在如何将这些字节转换为位？

【问题讨论】：

字节是位，一次只有 8 个 ;) - 答案取决于你想做什么，请更具体一点。位操作主要是在字节级别上完成的......

我想以位字符串的形式表示字节，以便我可以执行以下操作：field1 = bit_string[0:1] field2 = bit_string[1:16] 等等

【参考方案1】：

另一种方法是使用bitstring 模块：

>>> from bitstring import BitArray
>>> input_str = '0xff'
>>> c = BitArray(hex=input_str)
>>> c.bin
'0b11111111'

如果你需要去掉前面的0b：

>>> c.bin[2:]
'11111111'

bitstring 模块不是必需的，正如 jcollado 的回答所示，但它有许多高效的方法可以将输入转换为位并对其进行操作。您可能会觉得这很方便（或不方便），例如：

>>> c.uint
255
>>> c.invert()
>>> c.bin[2:]
'00000000'

等等

【讨论】：

+1。对于最新版本的位串（3.0），您不需要剥离前导0b。

【参考方案2】：

当您在整数级别工作时，操作会快得多。特别是，按照这里的建议转换为字符串真的很慢。

如果您只需要第 7 位和第 8 位，请使用例如

val = (byte >> 6) & 3

（这是：将字节向右移动 6 位 - 丢弃它们。然后只保留最后两位 3 是设置了前两位的数字...）

这些可以很容易地转化为超级快速的简单 CPU 操作。

【参考方案3】：

这样的事情呢？

>>> bin(int('ff', base=16))
'0b11111111'

这会将您拥有的十六进制字符串转换为整数，并将该整数转换为字符串，其中每个字节设置为 0/1，具体取决于整数的位值。

正如评论所指出的，如果您需要摆脱0b 前缀，您可以这样做：

>>> bin(int('ff', base=16)).lstrip('0b')
'11111111'

或者这样：

>>> bin(int('ff', base=16))[2:]
'11111111'

【讨论】：

lstrip('-0b') # 去掉前导零和减号

@ahoffer 感谢您的评论。我已经更新了我的答案，让 OP 知道如何删除 0b 前缀。

请注意，lstrip('0b') 也将删除，例如，00bb，因为 lstrip 的参数是要删除的 集 字符。在这种情况下它会正常工作，但我更喜欢[2:] 解决方案，因为它更明确。

@MartinGeisler 是的，bin 在转换为整数时已经删除了前导零，但值得注意的是，lstrip 删除了一组字符，而不是前缀。

【参考方案4】：

使用pythonformat string syntax

>>> mybyte = bytes.fromhex("0F") # create my byte using a hex string
>>> binary_string = ":08b".format(int(mybyte.hex(),16))
>>> print(binary_string)
00001111

第二行是魔法发生的地方。所有字节对象都有一个.hex() 函数，它返回一个十六进制字符串。使用这个十六进制字符串，我们将其转换为整数，告诉int() 函数它是一个基数为 16 的字符串（因为十六进制是基数 16）。然后我们对该整数应用格式，使其显示为二进制字符串。 :08b 是真正神奇的地方。它使用Format Specification Mini-Languageformat_spec。具体来说，它使用了 format_spec 语法的 width 和 type 部分。 8 将 width 设置为 8，这就是我们获得漂亮的 0000 填充的方式，b 将类型设置为二进制。

我更喜欢这种方法而不是 bin() 方法，因为使用格式字符串提供了更多的灵活性。

【讨论】：

但是这种方法不允许您将可变数量的字节作为输入，对吧？您需要硬编码最终的二进制字符串需要多长时间。

【参考方案5】：

我认为最简单的方法是在这里使用numpy。例如，您可以将文件读取为字节，然后像这样轻松地将其扩展为位：

Bytes = numpy.fromfile(filename, dtype = "uint8")
Bits = numpy.unpackbits(Bytes)

【参考方案6】：

转二进制：

bin(byte)[2:].zfill(8)

【讨论】：

您不能使用 bin 转换字节。

【参考方案7】：

读取读取字节时使用ord：

byte_binary = bin(ord(f.read(1))) # Add [2:] to remove the "0b" prefix

或者

使用str.format()：

':08b'.format(ord(f.read(1)))

【参考方案8】：

这里如何使用format()

print "bin_signedDate : ", ''.join(format(x, '08b') for x in bytevector)

08b 很重要。这意味着将最多附加 8 个前导零来完成一个字节。如果你不指定这个，那么格式对于每个转换的字节只有一个可变的位长度。

【参考方案9】：

input_str = "ABC"
[bin(byte) for byte in bytes(input_str, "utf-8")]

将给予：

['0b1000001', '0b1000010', '0b1000011']

【参考方案10】：

此处的其他答案按big-endian 顺序提供位（'\x01' 变为'00000001'）

如果您对位的小端顺序感兴趣，这在许多情况下很有用，例如大数字的常见表示等 - 这是一个sn-p：

def bits_little_endian_from_bytes(s):
    return ''.join(bin(ord(x))[2:].rjust(8,'0')[::-1] for x in s)

而对于另一个方向：

def bytes_from_bits_little_endian(s):
    return ''.join(chr(int(s[i:i+8][::-1], 2)) for i in range(0, len(s), 8))