上周调试网络协议时，我突然发现同事传过来的数据包像天书——原来他直接发了原始二进制流。这让我想起刚入行时面对十六进制数字的手足无措。今天就让我们用Python这把瑞士军刀，切开二进制数据的神秘外壳。
一、认识二进制世界的基石
记得第一次用记事本打开JPG图片时，满屏乱码让我以为电脑中了病毒。其实计算机存储的01序列，就像乐高积木般充满可能性。
1.1 字节与字符串的量子纠缠
- bytes：不可变的字节序列，适合存储原始数据
- bytearray：可变的亲兄弟，适合动态修改
- 内存视图：像X光一样透视数据底层
试试在控制台输入：
b'\\x68\\x65\\x6c\\x6c\\x6f'.decode('utf-8')你会看到熟悉的"hello"蹦出来，这就是字节与字符的魔法转换。
1.2 常用工具库对比
| 模块 | 适用场景 | 性能 |
| struct | 处理C结构体 | ★★★★☆ |
| array | 数值型批量处理 | ★★★☆☆ |
| bitstring | 位级操作 | ★★☆☆☆ |
二、文件操作的两种面孔
上周我误删了服务器日志，幸亏有二进制备份。让我们看看Python如何驾驭这两种模式：
2.1 文本模式下的陷阱
- 自动处理换行符转换
- 遇到0x1A（Ctrl+Z）会提前终止读取
- 处理JPEG等二进制文件必定出错
2.2 二进制模式实战
with open('photo.jpg', 'rb') as f:header = f.read(4)if header == b'\\xff\\xd8\\xff\\xe0':print("这是标准的JPEG文件")这样的文件头检查，比文件扩展名可靠得多。
三、结构体处理：与C语言的无缝对接
记得第一次解析TCP头部的痛苦吗？struct模块就是为此而生。
3.1 格式字符串速记表
| 符号 | 类型 | 字节数 |
| B | 无符号字节 | 1 |
| H | unsigned short | 2 |
| I | unsigned int | 4 |
| Q | unsigned long long | 8 |
解析IPv4数据包示例：
import structpacket = b'\\x45\\x00\\x00\\x3c\\x00\\x00\\x40\\x00\\x40...'version_ihl = packetversion = version_ihl >> 4ihl = version_ihl & 0x0Ftotal_length, = struct.unpack_from('!H', packet, 2)四、加密解密：数据的安全铠甲
上个月公司数据泄露事件让我意识到，加密不是可选项而是必选项。
4.1 哈希校验实践
import hashlibdef verify_file(path):hasher = hashlib.sha256with open(path, 'rb') as f:while chunk := f.read(4096):hasher.update(chunk)return hasher.hexdigest
4.2 AES加密实战
from cryptography.hazmat.primitives.ciphers import Cipher, algorithms, modeskey = os.urandom(32)iv = os.urandom(16)cipher = Cipher(algorithms.AES(key), modes.CBC(iv))加密encryptor = cipher.encryptorct = encryptor.update(b"Secret message") + encryptor.finalize解密decryptor = cipher.decryptordecryptor.update(ct) + decryptor.finalize
五、性能优化：与内存共舞
处理10GB的日志文件时，我的旧电脑差点。这些技巧让它起死回生：
- 使用memoryview避免数据拷贝
- 预分配bytearray空间
- 分块处理大文件
比如处理图像时：
def invert_colors(data):view = memoryview(data)for i in range(len(view)):view[i] = 255view[i]return view.obj
窗外天色渐暗，显示屏上的十六进制数字依然在跳动。保存好刚写完的协议解析器，咖啡杯上的水渍在键盘反光中泛着微光。二进制世界的大门已然敞开，接下来的奇妙旅程，等你亲自去探索。
