Python如何读写二进制文件

Python读写二进制文件的方法包括使用open()函数、rb和wb模式、struct模块等。open()函数提供了一个简单的方式来处理二进制文件读写，rb和wb模式分别用于以二进制格式读取和写入文件，struct模块则可以将Python数据类型打包成二进制数据或从二进制数据解包。下面将详细介绍这些方法。

一、使用open()函数读写二进制文件

在Python中，读写二进制文件最常用的方法是使用内置的open()函数。通过指定文件的路径和操作模式，可以打开文件进行读取或写入。以下是一些具体步骤：

1.1、打开文件

使用open()函数打开文件时，需要指定文件路径和操作模式。对于二进制文件，常用的模式有'rb'（读二进制）和'wb'（写二进制）。

# 打开一个二进制文件进行读取
file = open('example.bin', 'rb')
打开一个二进制文件进行写入
file = open('output.bin', 'wb')

1.2、读取文件内容

使用read()方法可以读取文件内容。可以指定读取的字节数，也可以全部读取。

# 读取整个文件内容
data = file.read()
读取指定字节数
data = file.read(10)

1.3、写入文件内容

使用write()方法可以将数据写入文件。注意，写入的数据必须是字节类型（bytes）。

# 写入字节数据
file.write(b'Hello, world!')

1.4、关闭文件

操作完成后，记得关闭文件以释放资源。

file.close()

二、使用rb和wb模式读写二进制文件

2.1、rb模式

'rb'模式用于以二进制格式读取文件。与文本模式不同，二进制模式不会对文件内容进行任何解释或转换。

with open('example.bin', 'rb') as file:
    data = file.read()
    print(data)

2.2、wb模式

'wb'模式用于以二进制格式写入文件。写入的数据必须是字节类型，可以使用bytes()函数或编码方法进行转换。

with open('output.bin', 'wb') as file:
    file.write(b'Hello, world!')

三、使用struct模块处理二进制数据

struct模块提供了将Python数据类型打包成二进制数据或从二进制数据解包的功能。主要方法包括pack()和unpack()。

3.1、pack()方法

pack()方法将Python数据类型打包成二进制数据。需要指定格式字符串来描述数据的布局。

import struct
打包整数和浮点数
data = struct.pack('if', 123, 45.67)
写入文件
with open('example.bin', 'wb') as file:
    file.write(data)

3.2、unpack()方法

unpack()方法从二进制数据中解包出Python数据类型。需要指定与打包时相同的格式字符串。

import struct
读取文件内容
with open('example.bin', 'rb') as file:
    data = file.read()
解包整数和浮点数
values = struct.unpack('if', data)
print(values)

四、其他常用方法

4.1、使用bytearray处理二进制数据

bytearray是一种可变的字节序列，可以像列表一样操作。

# 创建一个空的bytearray
data = bytearray()
追加字节数据
data.extend(b'Hello')
data.extend(b', world!')
写入文件
with open('output.bin', 'wb') as file:
    file.write(data)

4.2、使用memoryview处理二进制数据

memoryview对象允许在不复制数据的情况下操作二进制数据片段。

# 创建一个字节数组
data = bytearray(b'Hello, world!')
创建memoryview对象
mv = memoryview(data)
修改数据
mv[7:12] = b'Python'
写入文件
with open('output.bin', 'wb') as file:
    file.write(mv)

五、读取大文件的优化方法

对于大文件，逐行读取或分块读取可以有效减少内存占用。

5.1、逐行读取

with open('largefile.bin', 'rb') as file:
    for line in file:
        process(line)

5.2、分块读取

def read_in_chunks(file_path, chunk_size=1024):
    with open(file_path, 'rb') as file:
        while chunk := file.read(chunk_size):
            yield chunk
for chunk in read_in_chunks('largefile.bin'):
    process(chunk)

六、读写图像文件

图像文件通常以二进制格式存储，可以使用Pillow库进行处理。

from PIL import Image
读取图像文件
with open('example.jpg', 'rb') as file:
    img = Image.open(file)
    img.show()
写入图像文件
img.save('output.jpg', 'JPEG')

七、读写音频文件

音频文件可以使用wave模块进行处理。

import wave
读取音频文件
with wave.open('example.wav', 'rb') as file:
    params = file.getparams()
    frames = file.readframes(params.nframes)
写入音频文件
with wave.open('output.wav', 'wb') as file:
    file.setparams(params)
    file.writeframes(frames)

八、读写压缩文件

压缩文件可以使用gzip模块进行处理。

import gzip
读取压缩文件
with gzip.open('example.gz', 'rb') as file:
    data = file.read()
写入压缩文件
with gzip.open('output.gz', 'wb') as file:
    file.write(data)

九、读写网络数据

网络数据通常以二进制格式传输，可以使用socket模块进行处理。

import socket
创建TCP连接
sock = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)
sock.connect(('example.com', 80))
发送请求
request = b'GET / HTTP/1.1\r\nHost: example.com\r\n\r\n'
sock.sendall(request)
接收响应
response = b''
while chunk := sock.recv(4096):
    response += chunk
print(response.decode('utf-8'))
sock.close()

十、读写自定义二进制文件格式

自定义二进制文件格式可以使用struct模块进行定义和解析。

import struct
定义文件格式（整数、字符串、浮点数）
format = 'i10sf'
写入文件
with open('custom.bin', 'wb') as file:
    data = struct.pack(format, 123, b'Hello', 45.67)
    file.write(data)
读取文件
with open('custom.bin', 'rb') as file:
    data = file.read()
    values = struct.unpack(format, data)
    print(values)