Python 3中字符串转换为字节的方法

技术背景

在Python 3中，字符串（str）和字节（bytes）是两种不同的数据类型。字符串是Unicode字符序列，而字节是8位字节序列。在处理文件、网络传输等场景时，经常需要将字符串转换为字节。Python提供了多种方法来实现这一转换，本文将详细介绍这些方法及其区别。

实现步骤

方法一：使用bytes()函数

mystring = "Hello, World!"
b = bytes(mystring, 'utf-8')
print(b)

bytes()函数可以接受一个字符串和一个编码参数，将字符串转换为字节。如果传入的是字符串，还需要指定编码（可选的错误处理参数），它会使用str.encode()方法将字符串转换为字节。

方法二：使用encode()方法

mystring = "Hello, World!"
b = mystring.encode('utf-8')
print(b)

encode()是字符串对象的方法，它可以直接将字符串编码为字节。默认情况下，编码为utf-8。

方法三：使用默认编码调用encode()方法

mystring = "Hello, World!"
b = mystring.encode()
print(b)

从Python 3.0开始，encode()方法的第一个参数默认是'utf-8'。这种方式不仅代码更简洁，而且在性能上也有一定优势。

处理特殊情况：raw_unicode_escape编码

如果你有一个保存了原始Unicode序列的字符串，需要获取其字节字面量，可以使用raw_unicode_escape编码：

s = "\x00\x01\x00\xc0\x01\x00\x00\x00\x04"
s_new = bytes(s, encoding="raw_unicode_escape")
print(s_new)

使用memoryview

memoryview提供了一种处理字节和字节数组的方式，它不仅可以处理文本和字节，还能处理16位和32位字，并且能处理字节序问题。

# 对于字节数组
print(memoryview(b"some bytes").tolist())

# 对于Unicode字符串
print(memoryview(bytes("\u0075\u006e\u0069\u0063\u006f\u0064\u0065\u0020", "UTF-16")).tolist())

# 处理字
print(memoryview(bytes("\u0075\u006e\u0069\u0063\u006f\u0064\u0065\u0020", "UTF-16")).cast("H").tolist())

核心代码

以下是几种常见转换方法的核心代码示例：

# 方法一：使用bytes()函数
mystring = "Hello, World!"
b1 = bytes(mystring, 'utf-8')

# 方法二：使用encode()方法
b2 = mystring.encode('utf-8')

# 方法三：使用默认编码调用encode()方法
b3 = mystring.encode()

print(b1)
print(b2)
print(b3)

最佳实践

• 推荐使用encode()方法：对于简单的字符串转字节操作，使用encode()方法更具可读性和Pythonic风格。例如mystring.encode()，它清晰地表达了“对这个字符串进行编码”的意图。
• 考虑性能：如果对性能有较高要求，且使用的是默认的utf-8编码，建议直接调用encode()方法而不指定编码参数，因为这样在底层实现中会更快。
• 处理特殊编码：当处理特殊的原始Unicode序列时，使用raw_unicode_escape编码。

常见问题

兼容性问题

在Python 2中，encode()方法的默认字符编码是ASCII，而在Python 3中是utf-8。如果需要编写兼容Python 2和Python 3的代码，建议明确指定编码。

编码错误

如果字符串中包含无法被指定编码处理的字符，会抛出UnicodeEncodeError异常。可以通过指定errors参数来处理这种情况，例如mystring.encode('utf-8', errors='ignore')会忽略无法编码的字符。

memoryview的字节序问题

使用memoryview处理多字节数据时，要注意字节序问题。不同的字节序可能会导致不同的解释结果。例如在使用UTF-16编码时，不同的字节序（大端序或小端序）会得到不同的结果。