python 字节到位串

Question

我有 bytes 类型的值需要转换为 BIT STRING

bytes_val = (b'\x80\x00', 14)

索引零中的字节需要转换为长度由第二个元素（在本例中为 14）指示的位串，并格式化为 8 位组，如下所示。

预期输出=> '10000000 000000'B

另一个例子

bytes_val2 = (b'\xff\xff\xff\xff\xf0\x00', 45) #=> '11111111 11111111 11111111 11111111 11110000 00000'B

Answer 1

当你说 BIT 时，你是指二进制？我会尝试

bytes_val = b'\x80\x00'

for byte in bytes_val:
    value_in_binary = bin(byte)

Answer 2

这给出的答案没有 python 的二进制表示前缀 0b:

bit_str = ' '.join(bin(i).replace('0b', '') for i in bytes_val)

Answer 3

这适用于 Python 3.x:

def to_bin(l):
    val, length = l
    bit_str = ''.join(bin(i).replace('0b', '') for i in val)
    if len(bit_str) < length:
        # pad with zeros
        return '0'*(length-len(bit_str)) + bit_str
    else:
        # cut to size
        return bit_str[:length]

bytes_val = [b'\x80\x00',14]
print(to_bin(bytes_val))

这适用于 2.x:

def to_bin(l):
    val, length = l
    bit_str = ''.join(bin(ord(i)).replace('0b', '') for i in val)
    if len(bit_str) < length:
        # pad with zeros
        return '0'*(length-len(bit_str)) + bit_str
    else:
        # cut to size
        return bit_str[:length]

bytes_val = [b'\x80\x00',14]
print(to_bin(bytes_val))

两者都产生结果00000100000000

Answer 4

test_data = [
    (b'\x80\x00', 14),
    (b'\xff\xff\xff\xff\xf0\x00', 45),
]


def get_bit_string(bytes_, length) -> str:
    output_chars = []
    for byte in bytes_:
        for _ in range(8):
            if length <= 0:
                return ''.join(output_chars)
            output_chars.append(str(byte >> 7 & 1))
            byte <<= 1
            length -= 1
        output_chars.append(' ')
    return ''.join(output_chars)


for data in test_data:
    print(get_bit_string(*data))

输出：

10000000 000000
11111111 11111111 11111111 11111111 11110000 00000

解释：

length：从目标长度开始，递减到0。
if length <= 0: return ...：如果我们达到目标长度，停止并return。
''.join(output_chars): 从列表中生成字符串。
str(byte >> 7 & 1)
- byte >> 7：右移7位（只保留MSB，因为字节有8位。）
- MSB 表示最高有效位
- (...) & 1: 位与运算。它提取 LSB。
byte <<= 1: 左移 1 位 byte.
length -= 1：减少 length。

Answer 5

格式化（下面使用 f 字符串，但可以用其他方式完成）和切片的某种组合如何：

def bytes2binstr(b, n=None):
    s = ' '.join(f'{x:08b}' for x in b)
    return s if n is None else s[:n + n // 8 + (0 if n % 8 else -1)]

如果我理解正确（我不确定最后的 B 是什么意思），它通过了您的测试和更多测试：

func = bytes2binstr
args = (
    (b'\x80\x00', None),
    (b'\x80\x00', 14),
    (b'\x0f\x00', 14),
    (b'\xff\xff\xff\xff\xf0\x00', 16),
    (b'\xff\xff\xff\xff\xf0\x00', 22),
    (b'\x0f\xff\xff\xff\xf0\x00', 45),
    (b'\xff\xff\xff\xff\xf0\x00', 45),
)
for arg in args:
    print(arg)
    print(repr(func(*arg)))
# (b'\x80\x00', None)
# '10000000 00000000'
# (b'\x80\x00', 14)
# '10000000 000000'
# (b'\x0f\x00', 14)
# '00001111 000000'
# (b'\xff\xff\xff\xff\xf0\x00', 16)
# '11111111 11111111'
# (b'\xff\xff\xff\xff\xf0\x00', 22)
# '11111111 11111111 111111'
# (b'\x0f\xff\xff\xff\xf0\x00', 45)
# '00001111 11111111 11111111 11111111 11110000 00000'
# (b'\xff\xff\xff\xff\xf0\x00', 45)
# '11111111 11111111 11111111 11111111 11110000 00000'

说明

我们从一个 bytes 对象开始
遍历它给我们一个字节作为数字
每个字节都是 8 位，所以解码已经可以正确分离
每个字节都使用 b 二进制说明符格式化，还有一些额外的格式：0 零填充，8 最小长度
我们将使用 ' ' 的格式化结果加入（连接）为 "separator"
最后，如果未指定最大位数 n（设置为 None），结果将按原样返回，否则结果将被裁剪为 n + 数字在 8 个字符组之间添加的空格数。

在上面的解决方案中 8 有点硬编码。如果您希望它成为一个参数，您可能需要使用 int.from_bytes() 查看（可能是其变体）。这可能看起来像：

def bytes2binstr_frombytes(b, n=None, k=8):
    s = '{x:0{m}b}'.format(m=len(b) * 8, x=int.from_bytes(b, byteorder='big'))[:n]
    return ' '.join([s[i:i + k] for i in range(0, len(s), k)])

给出与上面相同的输出。

Speedwise，基于 int.from_bytes() 的解决方案也更快：

for i in range(2, 7):
    n = 10 ** i
    print(n)
    b = b''.join([random.randint(0, 2 ** 8 - 1).to_bytes(1, 'big') for _ in range(n)])
    for func in funcs:
        print(func.__name__, funcs[0](b, n * 7) == func(b, n * 7))
        %timeit func(b, n * 7)
    print()
# 100
# bytes2binstr True
# 10000 loops, best of 3: 33.9 µs per loop
# bytes2binstr_frombytes True
# 100000 loops, best of 3: 15.1 µs per loop

# 1000
# bytes2binstr True
# 1000 loops, best of 3: 332 µs per loop
# bytes2binstr_frombytes True
# 10000 loops, best of 3: 134 µs per loop

# 10000
# bytes2binstr True
# 100 loops, best of 3: 3.29 ms per loop
# bytes2binstr_frombytes True
# 1000 loops, best of 3: 1.33 ms per loop

# 100000
# bytes2binstr True
# 10 loops, best of 3: 37.7 ms per loop
# bytes2binstr_frombytes True
# 100 loops, best of 3: 16.7 ms per loop

# 1000000
# bytes2binstr True
# 1 loop, best of 3: 400 ms per loop
# bytes2binstr_frombytes True
# 10 loops, best of 3: 190 ms per loop

Answer 6

您可以使用：

def bytest_to_bit(by, n):
    bi = "{:0{l}b}".format(int.from_bytes(by, byteorder='big'), l=len(by) * 8)[:n]
    return ' '.join([bi[i:i + 8] for i in range(0, len(bi), 8)])

bytest_to_bit(b'\xff\xff\xff\xff\xf0\x00', 45)

输出：

'11111111 11111111 11111111 11111111 11110000 00000'

步骤：

使用 int.from_bytes
str.format 方法可以采用 binary format spec.

另外，您可以使用更紧凑的格式，其中每个字节都被格式化：

def bytest_to_bit(by, n):
    bi = ' '.join(map('{:08b}'.format, by))
    return bi[:n + len(by) - 1].rstrip()

bytest_to_bit(b'\xff\xff\xff\xff\xf0\x00', 45)

Answer 7

这是懒人版。
它既不加载也不处理整个字节。
无论输入大小如何，这个 halt。
其他解决方案可能不会！

我使用 collections.deque 构建位串。

from collections import deque
from itertools import chain, repeat, starmap
import os  

def bit_lenght_list(n):
    eights, rem = divmod(n, 8)
    return chain(repeat(8, eights), (rem,))


def build_bitstring(byte, bit_length):
    d = deque("0" * 8, 8)
    d.extend(bin(byte)[2:])
    return "".join(d)[:bit_length]


def bytes_to_bits(byte_string, bits):
    return "{!r}B".format(
        " ".join(starmap(build_bitstring, zip(byte_string, bit_lenght_list(bits))))
    )

测试；

In [1]: bytes_ = os.urandom(int(1e9)) 

In [2]: timeit bytes_to_bits(bytes_, 0)                                                                                                                   
4.21 µs ± 27.8 ns per loop (mean ± std. dev. of 7 runs, 100000 loops each)


In [3]: timeit bytes_to_bits(os.urandom(1), int(1e9))                                                                                                 
6.8 µs ± 51 ns per loop (mean ± std. dev. of 7 runs, 100000 loops each)

In [4]: bytes_ = os.urandom(6)                                                                                                                        

In [5]: bytes_                                                                                                                                       
Out[5]: b'\xbf\xd5\x08\xbe$\x01'

In [6]: timeit bytes_to_bits(bytes_, 45)  #'10111111 11010101 00001000 10111110 00100100 00000'B                                                                                                        
12.3 µs ± 85 ns per loop (mean ± std. dev. of 7 runs, 100000 loops each)


In [7]:  bytes_to_bits(bytes_, 14)                                                                                                                   
Out[7]: "'10111111 110101'B"

python 字节到位串

python bytes to bit string

python

byte

bitstring

说明