Бинарные файлы. Примеры работы с бинарными файлами
В данной теме показано как можно сохранять данные в бинарных файлах без использования стандартных средств pickle или struct языка Python.
Поиск на других ресурсах:
1. Понятие о бинарных файлах. Представление информации в бинарных файлах
В языке Python существуют средства для работы с бинарными или двоичными файлами. Бинарные файлы используют строки типа bytes . Это значит при чтении бинарных данных из файла возвращается объект типа bytes .
Открытие бинарного файла осуществляется с помощью функции open() , параметр mode которой содержит символ ‘b’ . Более подробно об открытии/закрытии бинарных файлов описывается здесь .
В отличие от текстовых, бинарные файлы не выполняют преобразования символов конца строки ‘\n’ .
Пример, демонстрирующий особенности представления информации в бинарных файлах.
# Python. Работа с бинарными файлами # Открыть бинарный файл для чтения f = open('myfile1.bin', 'rb') # Получить одну строку из бинарного файла d = f.read() # Вывести эту строку. # Будет получен вывод в виде строки символов print("d color: #ff0000;"># d = b'\x80\x03]q\x00(K\x01\x88G@\x07\n=p\xa3\xd7\ne.' # Если вывести как отдельный символ, # то будет выведен код символа - как целое число print("d[5] color: #ff0000;"># d[5] = 40 print("d[0] color: #ff0000;"># d[0] = 128 # Использовать функцию bin для отдельного символа print(bin(d[2])) # 0b1011101 f.close()
Результат работы программы
d = b'\x80\x03]q\x00(K\x01\x88G@\x07\n=p\xa3\xd7\ne.' d[5] = 40 d[0] = 128 0b1011101
На основании примера выше можно сделать следующие выводы:
- строка бинарных данных выводится как строка;
- отдельный символ (элемент) бинарных данных представлен в виде 8-битных целых чисел.
2. Запись/чтение списка, который содержит вещественные числа. Пример
# Бинарные файлы. Запись/чтение списка вещественных чисел # 1. Заданный список вещественных чисел L = [1.5, 2.8, 3.3] # 2. Запись файла # 2.1. Открыть файл для записи f = open('myfile3.bin', 'wb') # 2.2. Обход списка и запись данных в файл for item in L: # добавить символ '\n', чтобы можно было распознать числа s = str(item) + '\n' # Метод encode() - конвертирует строку в последовательность байт bt = s.encode() f.write(bt) # метод write() - запись в файл # 2.3. Закрыть файл f.close(); # 3. Считать список из бинарного файла 'myfile3.bin' # 3.1. Создать пустой список L2 = [] # 3.2. Открыть файл для чтения f = open('myfile3.bin', 'rb') # 3.3. Обход строк файла, конвертирование и добавление в список L2 for ln in f: x = float(ln) # взять число L2 = L2 + [x] # Добавить число к списку # 3.4. Вывести список print("L2 color: #ff0000;"># L2 = [1.5, 2.8, 3.3] # 3.5. Закрыть файл f.close();
Результат работы программы
3. Запись/чтение кортежа, содержащего строки символов. Пример
В данном примере строки символов в бинарном файле разделяются символом ‘\n’ . Таким образом, можно записывать и читать информацию без потери ее структуры.
# Бинарные файлы. Запись/чтение кортежа, содержащего строки символов # 1. Заданный кортеж со строками T = ( 'abc', 'def', 'ghi', 'jk lmn') # 2. Запись кортежа T в файл 'myfile5.bin' # 2.1. Открыть файл для записи f = open('myfile5.bin', 'wb') # 2.2. Цикл обхода кортежа for item in T: bt = (item + '\n').encode() # конвертировать (str + '\n') => bytes f.write(bt) # записать bt в файл # 2.3. Закрыть файл f.close(); # 3. Считать кортеж из бинарного файла 'myfile5.bin' # 3.1. Открыть файл для чтения f = open('myfile5.bin', 'rb') # 3.2. Новый кортеж T2 = () # 3.3. Прочитать данные из файла for line in f: s = line.decode() # конвертировать bytes=>str s = s[:-1] # Убрать последний символ T2 = T2 + (s,) # Добавить строку s к кортежу # 3.4. Вывести кортеж print("T2 color: #ff0000;"># 3.5. Закрыть файл f.close();
Результат работы программы
4. Запись/чтение множества, содержащего вещественные числа. Пример
Множество, которое содержит только однотипные объекты можно записать в файл. В данном примере записывается множество вещественных чисел.
# Бинарные файлы. Запись/чтение множества, # которое содержит вещественные числа # 1. Заданное множество M = < 0.2, 0.3, 0.8, 1.2, 1.77 ># 2. Запись множества M в файл 'myfile6.bin' # 2.1. Открыть файл для записи f = open('myfile6.bin', 'wb') # 2.2. Цикл обхода множества for item in M: s = str(item) + '\n' # конвертировать float=>str + '\n' bt = s.encode() # конвертировать str=>bytes f.write(bt) # записать bt в файл # 2.3. Закрыть файл f.close(); # 3. Считать множество из бинарного файла 'myfile6.bin' # 3.1. Открыть файл для чтения f = open('myfile6.bin', 'rb') # 3.2. Новое множество M2 = set() # 3.3. Прочитать данные из файла for line in f: x = float(line) # конвертировать bytes=>x M2 = M2.union() # Добавить x к множеству # 3.4. Вывести множество print("M2 color: #ff0000;"># 3.5. Закрыть файл f.close()
Результат работы программы
5. Запись/чтение двумерной матрицы строк заданного размера. Пример
В примере матрица представлена в виде списка.
# Бинарные файлы. Запись/чтение матрицы, которая содержит строки # 1. Заданная матрица строк размером 3*4 MATRIX = [ [ 'aa', 'ab', 'ac', 'ad'], [ 'ba', 'bb', 'bc', 'bd'], [ 'ca', 'cb', 'cc', 'cd'] ] # 2. Запись матрицы MATRIX в файл 'myfile7.bin' # 2.1. Открыть файл для записи f = open('myfile7.bin', 'wb') # 2.2. Сначала записать размер матрицы m = 3 n = 4 # конвертировать m, n в строчный тип str sm = str(m) + '\n' sn = str(n) + '\n' # конвертировать строку str в bytes bm = sm.encode() bn = sn.encode() # записать размеры матрицы в файл f.write(bm) f.write(bn) # 2.3. Цикл обхода матрицы for row in MATRIX: # здесь нужно просто записать строки с символом '\n' for item in row: item = item + '\n' bt = item.encode() # str=>bytes f.write(bt) # записать bt в файл # 2.3. Закрыть файл f.close(); # 3. Считать матрицу из бинарного файла 'myfile7.bin' # 3.1. Открыть файл для чтения f = open('myfile7.bin', 'rb') # 3.2. Новая матрица MATRIX2 = [] # 3.3. Прочитать данные из файла # 3.3.1. Сначала прочитать размер s = f.readline() m2 = int(s) s = f.readline() n2 = int(s) # 3.3.2. Цикл чтения строк и создание матрицы размером m2*n2 i = 0 while i < m2: # m2 строк в матрице row = [] # одна строка списка j = 0 while j < n2: bs = f.readline() # прочитать один элемент типа bytes s = bs.decode() # конвертировать bytes=>str s = s[:-1] # убрать '\n' row += [s] # добавить к списку j = j+1 MATRIX2 += [row] # добавить одну строку списка к матрице i = i+1 # 3.4. Вывести новую матрицу i = 0 while i < m2: print("MATRIX2[", i, "] color: #ff0000;"># 3.5. Закрыть файл f.close()
Результат работы программы
MATRIX2[ 0 ] = ['aa', 'ab', 'ac', 'ad'] MATRIX2[ 1 ] = ['ba', 'bb', 'bc', 'bd'] MATRIX2[ 2 ] = ['ca', 'cb', 'cc', 'cd']
3 4 aa ab ac ad ba bb bc bd ca cb cc cd
6. Запись/чтение словаря. Пример
Пусть задан некоторый словарь, который нужно записать в бинарный файл.
# Бинарные файлы. Запись/чтение словаря # 1. Заданный словарь. Пары типа str:int D = < 'One':1, 'Two':2, 'Three':3, 'Four':4 > # 2. Запись словаря D в файл 'myfile8.bin' # 2.1. Открыть файл для записи f = open('myfile8.bin', 'wb') for key in D: # обход словаря # взять значение value value = DPython считать бинарный файл # Записать последовательно key, затем value svalue = str(value) + '\n' # сначала конвертировать value в строку skey = key + '\n' # к строке key добавить '\n' # Конвертировать key:svalue из строки в bytes b_key = skey.encode() b_svalue = svalue.encode() # записать b_key, b_svalue в файл f.write(b_key) f.write(b_svalue) # 2.3. Закрыть файл f.close(); # 3. Считать словарь из бинарного файла 'myfile8.bin' # 3.1. Открыть файл для чтения f = open('myfile8.bin', 'rb') # 3.2. Новый словарь, который будет прочитан из файла D2 = dict() # 3.3. Прочитать весь файл сразу b_strings = f.readlines() # b_strings - список строк типа bytes # 3.4. Обойти список b_strings. # Сначала читается ключ, затем значение и т.д. fkey = True # если True, то читается ключ, иначе читается значение for item in b_strings: if fkey: # проверка, если читается ключ skey = item.decode() # конвертировать bytes=>str key = skey[:-1] # убрать '\n' fkey = False else: svalue = item.decode() # конвертировать bytes=>str value = int(svalue) # конвертировать str=>int D2Python считать бинарный файл = value # добавить к словарю fkey = True # указать, что на следующей итерации будет ключ # 3.5. Вывести словарь print("D2 color: #ff0000;"># 3.6. Закрыть файл f.close()
Результат работы программы
D2 = 'One': 1, 'Two': 2, 'Three': 3, 'Four': 4>
One 1 Two 2 Three 3 Four 4
7. Копирование одного бинарного файла в другой
# Бинарные файлы. Копирование файлов # 1. Открыть файлы f1 = open('myfile8.bin', 'rb') # файл - источник, открывается для чтения f2 = open('copyfile8.bin', 'wb') # файл - копия # 2. Считать файл f1 в список строк bstrings bstrings = f1.readlines() # 3. Записать список строк bstrings в файл f2 f2.writelines(bstrings) # 4. Закрыть файлы f1.close() f2.close()
8. Объединение двух бинарных файлов. Пример
В примере реализована операция объединения двух файлов в результирующий третий файл. Сначала данные с файлов-источников считываются в списки. Затем происходит конкатенация этих списков и запись результирующего списка в файл результата.
# Объединение файлов myfile1.bin+myfile2.bin => myfile3.bin # 1. Открыть файлы для чтения f1 = open('myfile1.bin', 'rb') f2 = open('myfile2.bin', 'rb') # 2. Считать файлы в списки L1, L2 L1 = f1.readlines() L2 = f2.readlines() # 3. Объединить списки L3 = L1 + L2 # 4. Закрыть файлы myfile1.bin, myfile2.bin f1.close() f2.close() # 5. Открыть файл myfile3.bin для записи f3 = open('myfile3.bin', 'wb') # 6. Записать строки в файл f3.writelines(L3) # 7. Закрыть результирующий файл f3.close()
Связанные темы
Python считать бинарный файл
Бинарные файлы в отличие от текстовых хранят информацию в виде набора байт. Для работы с ними в Python необходим встроенный модуль pickle . Этот модуль предоставляет два метода:
- dump(obj, file) : записывает объект obj в бинарный файл file
- load(file) : считывает данные из бинарного файла в объект
При открытии бинарного файла на чтение или запись также надо учитывать, что нам нужно применять режим «b» в дополнение к режиму записи («w») или чтения («r»). Допустим, надо надо сохранить два объекта:
import pickle FILENAME = "user.dat" name = "Tom" age = 19 with open(FILENAME, "wb") as file: pickle.dump(name, file) pickle.dump(age, file) with open(FILENAME, "rb") as file: name = pickle.load(file) age = pickle.load(file) print("Имя:", name, "\tВозраст:", age) С помощью функции dump последовательно записываются два объекта. Поэтому при чтении файла также последовательно посредством функции load мы можем считать эти объекты. Консольный вывод программы:
Подобным образом мы можем сохранять и извлекать из файла наборы объектов:
import pickle FILENAME = "users.dat" users = [ ["Tom", 28, True], ["Alice", 23, False], ["Bob", 34, False] ] with open(FILENAME, "wb") as file: pickle.dump(users, file) with open(FILENAME, "rb") as file: users_from_file = pickle.load(file) for user in users_from_file: print("Имя:", user[0], "\tВозраст:", user[1], "\tЖенат(замужем):", user[2]) В зависимости от того, какой объект мы записывали функцией dump, тот же объект будет возвращен функцией load при считывании файла.
Имя: Tom Возраст: 28 Женат(замужем): True Имя: Alice Возраст: 23 Женат(замужем): False Имя: Bob Возраст: 34 Женат(замужем): False