>>> 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

我們收到一個錯誤，是因為 zip 文件不是文本文件，它們是二進制文件。

要從二進制文件中讀取，我們需要使用模式 rb 而不是默認模式 rt 打開它：

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

當從二進制文件中讀取時，我們不會得到字符串。將返回一個字節(jié)對象，也稱為字節(jié)字符串：

>>> 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'

字節(jié)字符串中沒有字符：它們中有字節(jié)。

除非我們理解它們的含義，否則文件中的字節(jié)對我們沒有多大幫助。

使用庫來讀取二進制文件

處理二進制文件時，你通常會使用和知道如何處理正在使用的特定類型文件的庫（內置 Python 庫或第三方庫）。該庫將完成將文件中的字節(jié)解碼為更易于使用的工作。

例如，Python 的 ZipFile 模塊可以幫助我們讀取 zip 文件中的數據：

>>> 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 __'

如果有人已經完成了這項工作，最好避免實現自己的字節(jié)檢查或字節(jié)操作邏輯。

在 Python 中以字節(jié)級別工作

有時你會使用或被要求直接在字節(jié)級別工作的庫或 API。在這種情況下，你需要至少需要對二進制文件和字節(jié)字符串有一點了解。

例如，假設我們要計算給定文件的 sha256 校驗和。

在這里，我們有一個名為 get_sha256_hash 的函數來執(zhí)行此操作：

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

此函數讀取此文件中的所有二進制數據。我們正在讀取字節(jié)，因為 Python 的 hashlib 模塊要求我們使用字節(jié)。hashlib 模塊在底層工作：它使用字節(jié)而不是字符串。

因此，我們傳入文件中的所有字節(jié)以獲取哈希對象，然后對該哈希對象調用 hexdigest 方法以獲取表示該文件的 SHA-256 校驗和的十六進制字符串：

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

此功能運行良好，但使用此功能讀取非常大的文件可能會出現問題。

分塊讀取二進制文件

我們的 get_sha256_hash 函數一次將整個文件讀入內存。一個非常大的文件可能會占用大量內存。

對于文本文件，解決此問題的常用方法是逐行讀取文件。但是二進制文件不一定有行！但是，我們可以嘗試逐塊讀取。

首先，我們將從文件中讀取一個 8 KB 的塊：

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)

我們首先創(chuàng)建一個新的哈希對象，然后讀取一個 8 KB 的塊（通過將字節(jié)數傳遞給我們的文件對象的 read 方法）。

現在我們需要文件的其余部分。所以我們將循環(huán)：

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()

我們重復讀取一個塊，更新我們的哈希對象，然后讀取另一個塊。

只要我們不在文件的末尾，我們就會在讀取時返回一個真實的塊。

但是當我們在文件的最后讀取時，我們會得到一個空字節(jié)字符串?？兆止?jié)字符串（如空字符串）是錯誤的，因此在文件末尾我們將跳出循環(huán)。然后我們將像以前一樣返回十六進制摘要。

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

但是，我們現在不是將整個文件讀入內存，而是逐塊讀取文件。

使用賦值表達式

在逐塊讀取文件時，通常會看到使用的賦值表達式（通過 Python 的海象運算符）：

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

在 while 循環(huán)中重復讀取數據是賦值表達式的一個很好的用例。它可能看起來有點奇怪，但它確實為我們節(jié)省了幾行代碼。