详解Python中的编码问题(encoding与decode、str与bytes)

1 引言

  在文件读写及字符操作时,我们经常会出现下面这几种错误:

  •   TypeError: write() argument must be str, not bytes
  •   AttributeError: 'URLError' object has no attribute 'code'
  •   UnicodeEncodeError: 'gbk' codec can't encode character '\xa0' inposition 5747: illegal multibyte sequence

  这些错误一看就是编码问题, 本篇博文总结一下Python3文件读写及字符操作中的编码。

2 编码发展史

  (1)ASCII编码

  众所周知,计算机只能处理0和1,任何符号都转换为0和1的序列才能处理。计算机中8个位(bit)作为一个字节,所以1个字节能产生2的8次方个0和1的不同组合,也就是说1个字节做多能表示256种字符。ASCII编码就是用1个字节来存储字符,计算机最初是美国人发明的,他们的符号不多,所以还将8个0和1序列中的第一位固定为0,ASCII只能表示127个字符。

  (2)GB2312编码

  美国佬的符号不多,所以ASCII编码够用,但是其他国家就不行了,每个国家符号数量都不一样,就各自指定了自己的编码。例如我们中国就制定了GB2312编码。GB2312编码用2个字节表示一个字符。

  (3)Unicode编码

  每个国家都用自己的编码,编码一朵就容易乱套,也没法交流,所以需要一种编码把各个国家的编码都囊括进去,这就是Unicode编码的由来。所以,Unicode也被称为万国码。Unicode编码也用2个字节存储一个字符。

  (4)utf-8编码

Unicode编码解决了编码不能通用的问题,但是却容易浪费内存,尤其是在存储英文的时候,例如一个字符“A”,ASCII编码只需要1个字节就够,但是Unicode编码必须要用2个字节。为了解决这一问题,就有了utf-8编码。 utf-8编码把存储英文依旧用一个字节,汉字就3个字节。特别是生僻的编程4-6字节,如果传输大量英文,utf-8作用就很明显了。
utf-8编码进行存储时有极大地优势,但是当读取到计算机内存时却不大合适,因为utf-8编码是变长的,不方便寻址和索引,所以在计算机内存中,还是转化为Unicode编码合适些。这就可以解释为什么每次读取文本时,要将编码转化为Unicode编码,而将内存中的字符写入文件存储时,要将编码转化为utf-8了。

3 str与bytes

  在Python3中,文本总是为Unicode编码,在类型上为str类,也就是说Python编译器只会把Unicode编码下的二进制流显示为我们可识别的符号。二进制流在Python中也有一个专门的类用于表示这种二进制序列,那就是bytes(在Python中这个二进制序列显示为16进制,但本质还是二进制)。一个str在不同的编码下就可以转化为不同的bytes(二进制流),反之,要将bytes转化为可识别的str就必须用对应的编码,否则就会报错。

用人类语言类比一下:我们要表达“吃饭”这件事物(str),翻译为各个国家的文字后有各不相同的表示,中文表示为“吃饭”,英文表示为“eat”,这就是“吃饭”这个str在不同编码写的表示。但官方只认中文(Pythonstr只认Unicode编码),所以就必须把“eat”用英语(编码)的表示方式转化为中文的“吃饭”(Unicode编码),官方才会显示知道是吃饭这件事。

>>> s = '吃饭'
>>> type(s)
<class 'str'>
>>> s1 = s.encode(encoding='utf-8')
>>> type(s1)
<class 'bytes'>
>>> s1
b'\xe5\x90\x83\xe9\xa5\xad'
>>> s2 = s.encode(encoding='gb2312')
>>> type(s2)
<class 'bytes'> 
>>> s2
b'\xb3\xd4\xb7\xb9'
>>> s1.decode('utf-8')
'吃饭'
>>> s2.decode('gb2312')
'吃饭'

详解Python中的编码问题(encoding与decode、str与bytes)

4 文件编码

  在python 3 中字符是以Unicode的形式存储的,当然这里所说的存储是指存储在计算机内存当中,如果是存储在硬盘里,Python 3的字符是以bytes形式存储,也就是说如果要将字符写入硬盘,就必须对字符进行encode。对上面这段话再解释一下,如果要将str写入文件,如果以‘w'模式写入,则要求写入的内容必须是str类型;如果以‘wb'形式写入,则要求写入的内容必须是bytes类型。文章开头出现的几种错误,就是因为写入模式与写入内容的数据类型不匹配造成的。

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