聊聊Python 3 的字符串：str 和 bytes 的区别

Python2的字符串有两种：str 和 unicode，Python3的字符串也有两种：str 和 bytes。Python2 的 str 相当于 Python3 的bytes，而unicode相当于Python3的str。

Python2里面的str和unicode是可以混用的，在都是英文字母的时候str和unicode没有区别。而Python3 严格区分文本（str）和二进制数据（bytes），文本总是unicode，用str类型，二进制数据则用bytes类型表示，这样严格的限制也让我们对如何使用它们有了清晰的认识，这是很棒的。

Python2 和 Python3 的区别

通过以下代码我们认识以下Python2和Python3的字符串混用情况：

Python2中：

In [1]: 'a' == u'a'
Out[1]: True

In [2]: 'a' in u'a'
Out[2]: True

In [3]: '编程' == u'编程'
/usr/local/bin/ipython:1: UnicodeWarning: Unicode equal comparison failed to convert both arguments to Unicode - interpreting them as being unequal
#!/usr/bin/python
Out[3]: False

In [4]: '编程' in u'编程'
---------------------------------------------------------------------------
UnicodeDecodeError Traceback (most recent call last)
<ipython-input-4-7b677a923254> in <module>()
----> 1 '编程' in u'编程'

UnicodeDecodeError: 'ascii' codec can't decode byte 0xe7 in position 0: ordinal not in range(128)

Python3中：

In [1]: 'a' == b'a'
Out[1]: False

In [2]: 'a' in b'a'
---------------------------------------------------------------------------
TypeError Traceback (most recent call last)
<ipython-input-10-ca907fd8856f> in <module>()
----> 1 'a' in b'a'

TypeError: a bytes-like object is required, not 'str'

以上代码可以看到，Python2中str和unicode的在都是ascii码时混用没区别，因为unicode的ascii区域的值跟str的ascii是一样的；而对应非ascii区域（比如中文），二者又不一样了，可以看到Python2抛出了UnicodeDecodeError的异常，相信这也是很多人处理文本时遇到过的错误；‘编程’在str类型时长度是6，而在unicode时是2。不同字符的不同表现，让Python2的str和unicode显得扑朔迷离。

在Python3中，严格区分了str和bytes，不同类型之间操作就会抛出TypeError的异常。

上面用示例阐述了Python2和Python3中字符串的不同，下面主要讲Python3中的字符串。

str和bytes之间的转换

一图胜千言：

str和bytes的相互转换

str.encode(‘encoding’) -> bytes

bytes.decode(‘encoding’) -> str

encoding 指的是具体的编码规则的名称，对于中文来说，它可以是这些值： ‘utf-8’, ‘gb2312’, ‘gbk’, ‘big5’ 等等。

不知道你有没有注意到上图中str矩形要比bytes矩形短，表示同样的内容，str的长度要小于或等于bytes的长度，你可以考虑一下原因（参考Unicode、UTF-8的编码规则）

下面看看具体代码理解一下str和bytes的相互转换：

In [16]: a = 'T恤'

In [17]: a
Out[17]: 'T恤'

In [18]: len(a)
Out[18]: 2

In [19]: b = a.encode('utf8')

In [20]: b
Out[20]: b'T\xe6\x81\xa4'

In [21]: a == b
Out[21]: False

In [22]: c = a.encode('gbk')

In [23]: c
Out[23]: b'T\xd0\xf4'

In [24]: b == c
Out[24]: False

In [25]: a == c
Out[25]: False

上面str和bytes之间的转换是针对文本内容的，要是其它二进制内容（比如，图片）时，bytes就不能decode成str了，看以下代码的异常：

In [29]: img = open('str-bytes.jpg', 'rb').read()

In [30]: type(img)
Out[30]: bytes

In [31]: img.decode('utf8')
---------------------------------------------------------------------------
UnicodeDecodeError Traceback (most recent call last)
<ipython-input-31-c9e28f45be95> in <module>()
----> 1 img.decode('utf8')

UnicodeDecodeError: 'utf-8' codec can't decode byte 0xff in position 0: invalid start byte

因为图片中的二进制数据不符合文本数据的UTF-8编码规则。

上面获得图片数据时，我们用到了open()来读取文件，文件存储的无非是文本和二进制这两种格式，读写文件时也有分清楚编码：

In [32]: open('z.txt', 'w').write('T恤')
Out[32]: 2

In [33]: open('z.txt', 'w').write(img)
---------------------------------------------------------------------------
TypeError Traceback (most recent call last)
<ipython-input-33-4a88980b3a54> in <module>()
----> 1 open('z.txt', 'w').write(img)

TypeError: write() argument must be str, not bytes

In [34]: open('z.txt', 'wb').write(img)
Out[34]: 12147

读写二进制数据（如图片）时，要加’rb’参数，b代码binary（二进制）

读写文本数据时，一般加’b’,open()会自动转换bytes到str。

总结一下

Python3里面的str是在内存中对文本数据进行使用的，bytes是对二进制数据使用的。

str可以encode为bytes，但是bytes不一定可以decode为str。实际上bytes.decode(‘latin1’)可以称为str，也就是说decode使用的编码决定了decode()的成败，同样的，UTF-8编码的bytes字符串用GBK去decode()也会出错。

bytes一般来自网络读取的数据、从二进制文件（图片等）读取的数据、以二进制模式读取的文本文件(.txt, .html, .py, .cpp等)

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