Day04 进制和编码
Day04 进制和编码
课程目标：讲解计算机中一些必备的常识知识，让学员了解一些常见名词背后的含义（重在理解）。
课程概要：
- python代码的运行方式
- 进制
- 计算机中的单位
- 编码
1.Python代码运行方式
-
脚本式
python3 ~/PycharmProjects/day03/6.作业题讲解.py -
交互式
python3
2.进制
计算机中底层所有的数据都是以 010101的形式存在（图片、文本、视频等）。
-
二进制
0 1 10
-
八进制
-
十进制
-
十六进制
2.1 进制转换
25
vl = bin(25) # 十进制装换为二进制
v2 = oct(25) # 十进制装换为八进制
v3 = hex(25) # 十进制转换为16进制
i1 = int("0b11001", base=2) # 二进制转换成十进制
i1 = int("0b11001", base=8) # 二进制转换成十进制
i1 = int("0b11001", base=16) # 二进制装换成16进制
3. 计算机中的单位
由于计算机中本质上所有的东西以为二进制存储和操作的，为了方便对于二进制大小的表示，所以就搞了一些单位
-
b（bit），位
1 # 一位 10 # 二位 110 # 三位 -
B（byte）,字节
8 位是一个字节 10010110 # 1个字节 10010110 10010110 # 2个字节 -
KB，（kilobyte）， 千字节
1024个字节就是1个千字节 1KB = 1024B 10101010 10101010 ..... 1KB 1KB = 1024B= 1024 * 8 b -
M（Megabyte），兆
1MB = 1024KB 1M = 1024KB = 1024*1024B = 1024*1024*8b -
G（Gigabyte），千兆
1024M = 1GB -
T（Terabyte），万亿字节
1024GB = 1TB -
...其他更大单位 PB/EB/ZB/YB/BB/NB/DB 不再赘述。
4.编码
编码，文字和二进制之间的一个对应表。
4.1 ASCII编码
ascii规定使用1个字节来表示字母与二进制的对应关系。
0000000
00000001 w
00000010 B
00000011 a
...
11111111
2**8 = 256
4.2 gb-2312编码
gb-2312编码，由国家信息标准委员会制作（1980年）。
gbk编码，对gb2312进行扩展，包含了中日韩等文字（1995年）。
在与二进制做对应关系时，由如下逻辑：
- 单字节表示，用一个字节表示对应关系。2**8 = 256种可能性
- 双字节表示，用两个字节表示对应关系。2**16 = 65536种可能性。
4.3 unicode
unicode也被称为万国码，为全球的每个文字都分配了一个码位（二进制表示）。
-
ucs2
用固定的2个字节去表示一个文字。 00000000 00000000 悟 ... 2**16 = 65535 -
ucs4
用固定的4个字节去表示一个文字。 00000000 00000000 00000000 00000000 无 ... 2**32 = 4294967296
文字 十六进制 二进制
ȧ 0227 1000100111
ȧ 0227 00000010 00100111 ucs2
ȧ 0227 00000000 00000000 00000010 00100111 ucs4
乔 4E54 100111001010100
乔 4E54 01001110 01010100 ucs2
乔 4E54 00000000 00000000 01001110 01010100 ucs4
😆 1F606 11111011000000110
😆 1F606 00000000 00000001 11110110 00000110 ucs4
无论是ucs2和ucs4都有缺点：浪费空间？
文字 十六进制 二进制
A 0041 01000001
A 0041 00000000 01000001
A 0041 00000000 00000000 00000000 01000001
unicode的应用：在文件存储和网络传输时，不会直接使用unicode， 而在内存中会unicode。
4.4 utf-8编码
包含所有文字和二进制的对应关系，全球应用最为广泛的一种编码（站在巨人的肩膀上功成名就）。
本质上：utf-8是对unicode的压缩，用尽量少的二进制去与文字进行对应。存储数据时，将Unicode转换成utf-8进行存储，进行优化
unicode码位范围 utf-8
0000 ~ 007F 用1个字节表示
0080 ~ 07FF 用2个字节表示
0800 ~ FFFF 用3个字节表示
10000 ~ 10FFFF 用4个字节表示
具体压缩的流程：
-
第一步：选择转换模板
码位范围（十六进制） 转换模板 0000 ~ 007F 0XXXXXXX 0080 ~ 07FF 110XXXXX 10XXXXXX 0800 ~ FFFF 1110XXXX 10XXXXXX 10XXXXXX 10000 ~ 10FFFF 11110XXX 10XXXXXX 10XXXXXX 10XXXXXX 例如： "B" 对应的unicode码位为 0042，那么他应该选择的一个模板。 "ǣ" 对应的unicode码位为 01E3，则应该选择第二个模板。 "武" 对应的unicode码位为 6B66，则应该选择第三个模板。 😆 对应的unicode码位为 1F606，则应该选择第四个模板。 注意：一般中文都使用第三个模板（3个字节），这也就是平时大家说中文在utf-8中会占3个字节的原因了。 -
第二步：在模板中填入数据
- "武" -> 6B66 -> 110 101101 100110 - 根据模板去套入数据 1110XXXX 10XXXXXX 10XXXXXX 1110XXXX 10XXXXXX 10100110 1110XXXX 10101101 10100110 11100110 10101101 10100110 在UTF-8编码中 ”武“ 11100110 10101101 10100110 - 😆 -> 1F606 -> 11111 011000 000110 - 根据模板去套入数据 11110000 10011111 10011000 10000110
4.5 Python相关的编码
字符串（str） "铁锤" unicode处理 一般在内存
字节（byte） b"alexfdsfdsdfskdfsd" utf-8编码 or gbk编码 一般用于文件或网络处理
v1 = "武"
# 将Unicode处理的编码转化成utf-8的编码
v2 = "武".encode("utf-8")
# 将Unicode处理的编码转换成gbk的编码
v2 = "武".encode("gbk")
将一个字符串写入到一个文件中。
name = "铁锤"
# 使用utf-8的格式进行存储
data = name.encode("utf-8")
# 打开一个文件
file_object = open("log.txt",mode="wb")
# 在文件中写内容
file_object.write(data)
# 关闭文件
file_object.close()
总结
本章的知识点属于理解为主，了解这些基础之后有利于后面知识点的学习，接下来对本节所有的知识点进行归纳总结：
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计算机上所有的东西最终都会转换成为二进制再去运行。
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ascii编码、unicode字符集、utf-8编码本质上都是字符与二进制的关系。
- ascii，字符和二进制的对照表。
- unicode，字符和二进制（码位）的对照表。
- utf-8，对unicode字符集的码位进行压缩处理，间接也维护了字符和二进制的对照表。
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ucs2和ucs4指的是使用多少个字节来表示unicode字符集的码位。
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目前最广泛的编码为：utf-8，他可以表示所有的字符且存储或网络传输也不会浪费资源（对码位进行压缩了）。
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二进制、八进制、十进制、十六进制其实就是进位的时机不同。
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基于Python实现二进制、八进制、十进制、十六进制之间的转换。
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一个字节8位
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计算机中常见单位b/B/KB/M/G的关系。
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汉字，用gbk编码需要用2个字节；用utf-8编码需要用3个字节。
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基于Python实现将字符串转换为字节（utf-8编码）
# 字符串类型 name = "铁锤" print(name) # 铁锤 # 字符串转换为字节类型 data = name.encode("utf-8") print(data) # b'\xe9\x93\x81\xe9\x94\xa4' # 把字节转换为字符串 old = data.decode("utf-8") print(old) -
基于Python实现将字符串转换为字节（gbk编码）
# 字符串类型 name = "铁锤" print(name) # 铁锤 # 字符串转换为字节类型 data = name.encode("gbk") # print(data) # b'\xe9\x93\x81\xe9\x94\xa4' utf8，中文3个字节 print(data) #b'\xcc\xfa\xb4\xb8' gbk，中文2个字节 # 把字节转换为字符串 old = data.decode("gbk") print(old)
