Konwertuj liczby binarne, ósemkowe i szesnastkowe oraz ciągi znaków na i od siebie w Pythonie.

Python potrafi operować na liczbach i łańcuchach w postaci binarnej, ósemkowej i szesnastkowej, jak również na zwykłych liczbach dziesiętnych. Łatwo jest również konwertować między nimi.

W tym rozdziale zostaną wyjaśnione następujące treści wraz z przykładowym kodem.

• Zapisywać liczby całkowite w systemie dwójkowym, ósemkowym i szesnastkowym.
• Konwersja liczb na ciągi znaków w notacji binarnej, ósemkowej i szesnastkowej.
  • funkcja wbudowana (np. w języku programowania)bin(),oct(),hex()
  • metoda łańcuchowastr.format(), Wbudowane funkcjeformat(), f string
  • Konwertuje ujemną liczbę całkowitą na łańcuch w formacie dopełnienia dwójkowego.
• Konwertuje ciągi znaków w notacji binarnej, ósemkowej i szesnastkowej na liczby.
  • funkcja wbudowana (np. w języku programowania)int()
• Przykłady zastosowań
  • Arytmetyka ciągów binarnych
  • Konwersja między liczbami binarnymi, ósemkowymi i szesnastkowymi

Zapisywać liczby całkowite w systemie dwójkowym, ósemkowym i szesnastkowym.

Dodając następujące przedrostki, liczby całkowite int można zapisywać odpowiednio w systemie dwójkowym, ósemkowym i szesnastkowym.
Można również używać wielkich liter.

• Liczba binarna:0blub0B
• Oktal:0olub0O
• Liczba szesnastkowa:0xlub0X

Wynik działania funkcji print() będzie w notacji dziesiętnej.

bin_num = 0b10
oct_num = 0o10
hex_num = 0x10

print(bin_num)
print(oct_num)
print(hex_num)
# 2
# 8
# 16

Bin_num = 0B10
Oct_num = 0O10
Hex_num = 0X10

print(Bin_num)
print(Oct_num)
print(Hex_num)
# 2
# 8
# 16

Nawet z przedrostkiem, typ jest liczbą całkowitą int.

print(type(bin_num))
print(type(oct_num))
print(type(hex_num))
# <class 'int'>
# <class 'int'>
# <class 'int'>

print(type(Bin_num))
print(type(Oct_num))
print(type(Hex_num))
# <class 'int'>
# <class 'int'>
# <class 'int'>

Ponieważ jest to typ całkowity, może być używany do zwykłych operacji arytmetycznych.

result = 0b10 * 0o10 + 0x10
print(result)
# 32

Począwszy od Pythona 3.6, możliwe jest wstawianie podkreślników _ w liczbach. Powtórzenie podkreślenia _ spowoduje błąd, ale możesz wstawić dowolną ilość podkreśleń, o ile nie będziesz ich powtarzać.

Podkreślenie _ nie ma wpływu na liczbę, więc może być używane jako separator, gdy jest wiele cyfr. Na przykład, wstawienie podkreślenia _ co cztery cyfry jest łatwe do odczytania.

print(0b111111111111 == 0b1_1_1_1_1_1_1_1_1_1_1_1)
# True

bin_num = 0b1111_1111_1111
print(bin_num)
# 4095

Konwersja liczb na ciągi znaków w notacji binarnej, ósemkowej i szesnastkowej.

Aby przekonwertować liczbę na łańcuch w notacji binarnej, ósemkowej lub szesnastkowej, użyj następujących wbudowanych funkcji.

• funkcja wbudowana (np. w języku programowania)bin(),oct(),hex()
• metoda łańcuchowastr.format(), Wbudowane funkcjeformat(), f string

Ta sekcja wyjaśnia również, jak uzyskać łańcuch wyrażony w formacie dopełnienia dwójkowego dla wartości ujemnych.

Wbudowane funkcje bin(), oct(), hex()

Następujące wbudowane funkcje mogą konwertować liczby na łańcuchy binarne, ósemkowe i szesnastkowe.

• Liczba binarna:bin()
• Oktal:oct()
• Liczba szesnastkowa:hex()

Każda z nich zwraca łańcuch znaków z następującymi prefiksami

• Liczba binarna:0b
• Oktal:0o
• Liczba szesnastkowa:0x

• bin() — Built-in Functions — Python 3.10.0 Documentation
• oct() — Built-in Functions — Python 3.10.0 Documentation
• hex() — Built-in Functions — Python 3.10.0 Documentation

i = 255

print(bin(i))
print(oct(i))
print(hex(i))
# 0b11111111
# 0o377
# 0xff

print(type(bin(i)))
print(type(oct(i)))
print(type(hex(i)))
# <class 'str'>
# <class 'str'>
# <class 'str'>

Jeśli nie potrzebujesz prefiksu, użyj slice[2:] aby wyodrębnić łańcuch znajdujący się za nim, lub użyj format() jak wyjaśniono dalej.

print(bin(i)[2:])
print(oct(i)[2:])
print(hex(i)[2:])
# 11111111
# 377
# ff

Jeśli chcesz przekonwertować go na ciąg dziesiętny, możesz użyć funkcji str().

• str() — Built-in Functions — Python 3.10.0 Documentation

print(str(i))
# 255

print(type(str(i)))
# <class 'str'>

Wbudowana funkcja format(), string metoda str.format(), f string

Wbudowana funkcja format() oraz metody łańcuchowe str.format() i f-string mogą również konwertować liczby na łańcuchy binarne, ósemkowe i szesnastkowe.

• format() — Built-in Functions — Python 3.10.0 Documentation

Poprzez określenie drugiego argumentu funkcji format() w następujący sposób, może on zostać przekonwertowany odpowiednio na łańcuch binarny, ósemkowy i szesnastkowy.

• Liczba binarna:b
• Oktal:o
• Liczba szesnastkowa:x

print(format(i, 'b'))
print(format(i, 'o'))
print(format(i, 'x'))
# 11111111
# 377
# ff

print(type(format(i, 'b')))
print(type(format(i, 'o')))
print(type(format(i, 'x')))
# <class 'str'>
# <class 'str'>
# <class 'str'>

Jeśli chcesz otrzymać łańcuch z przedrostkiem 0b,0o,0x, dodaj # do łańcucha specyfikacji formatowania.

print(format(i, '#b'))
print(format(i, '#o'))
print(format(i, '#x'))
# 0b11111111
# 0o377
# 0xff

Możliwe jest również wpisanie 0 z dowolną liczbą cyfr. Należy pamiętać, że przy wpisywaniu zera z prefiksem należy również uwzględnić liczbę znaków dla prefiksu (dwa znaki).

print(format(i, '08b'))
print(format(i, '08o'))
print(format(i, '08x'))
# 11111111
# 00000377
# 000000ff

print(format(i, '#010b'))
print(format(i, '#010o'))
print(format(i, '#010x'))
# 0b11111111
# 0o00000377
# 0x000000ff

Do konwersji może być również użyta metoda łańcuchowa str.format().

• str.format() — Built-in Functions — Python 3.10.0 Documentation

print('{:08b}'.format(i))
print('{:08o}'.format(i))
print('{:08x}'.format(i))
# 11111111
# 00000377
# 000000ff

Począwszy od Pythona 3.6, można również używać łańcucha f.f'xxx'

print(f'{i:08b}')
print(f'{i:08o}')
print(f'{i:08x}')
# 11111111
# 00000377
# 000000ff

Konwertuje ujemną liczbę całkowitą na łańcuch w formacie dopełnienia dwójkowego.

Gdy ujemna liczba całkowita zostanie przekonwertowana na łańcuch binarny lub szesnastkowy przy użyciu bin() lub format(), wartość bezwzględna będzie miała znak minus.

x = -9

print(x)
print(bin(x))
# -9
# -0b1001

W Pythonie operacje bitowe na liczbach całkowitych ujemnych są również wykonywane w reprezentacji dopełnienia dwójkowego. Dlatego też, jeśli chcesz uzyskać ciąg wyrażony w postaci dwójkowego dopełnienia, możesz wykonać bitowe logiczne OR& z maksymalną wymaganą liczbą cyfr bitowych, jak poniżej.

• 4bit:0b1111（=0xf）
• 8bit:0xff
• 16bit:0xffff

print(bin(x & 0xff))
print(format(x & 0xffff, 'x'))
# 0b11110111
# fff7

Konwertuje ciągi znaków w notacji binarnej, ósemkowej i szesnastkowej na liczby.

Wbudowana funkcja int()

Aby przekonwertować łańcuch znaków w notacji binarnej, ósemkowej lub szesnastkowej na liczbę, użyj wbudowanej funkcji int().

• int() — Built-in Functions — Python 3.10.0 Documentation

Za pomocą int(łańcuch, radix), łańcuch str w notacji binarnej, ósemkowej, szesnastkowej, itp. może zostać przekonwertowany na liczbę int w oparciu o radix. Jeśli radix jest pominięty, to liczba jest traktowana jako dziesiętna.

print(int('10'))
print(int('10', 2))
print(int('10', 8))
print(int('10', 16))
# 10
# 2
# 8
# 16

print(type(int('10')))
print(type(int('10', 2)))
print(type(int('10', 8)))
print(type(int('10', 16)))
# <class 'int'>
# <class 'int'>
# <class 'int'>
# <class 'int'>

Jeżeli radix jest ustawiony na 0, to konwersja jest wykonywana na podstawie następującego prefiksu łańcucha.

• Prefiks binarny:0blub0B
• Prefiks oktalny:0olub0O
• Prefiks szesnastkowy:0xlub0X

print(int('0b10', 0))
print(int('0o10', 0))
print(int('0x10', 0))
# 2
# 8
# 16

print(int('0B10', 0))
print(int('0O10', 0))
print(int('0X10', 0))
# 2
# 8
# 16

Jeśli liczba bazowa jest równa 0 i nie ma przedrostka, zostanie przekonwertowana jako liczba dziesiętna, ale należy pamiętać, że jeśli początek (lewa strona) jest wypełniony 0, wystąpi błąd.

print(int('10', 0))
# 10

# print(int('010', 0))
# ValueError: invalid literal for int() with base 0: '010'

W innych przypadkach, łańcuchy wypełnione zerem mogą być konwertowane tak jak jest.

print(int('010'))
# 10

print(int('00ff', 16))
print(int('0x00ff', 0))
# 255
# 255

Jeżeli łańcucha nie można skonwertować z określonym radixem lub prefiksem, to dochodzi do błędu.

# print(int('ff', 2))
# ValueError: invalid literal for int() with base 2: 'ff'

# print(int('0a10', 0))
# ValueError: invalid literal for int() with base 0: '0a10'

# print(int('0bff', 0))
# ValueError: invalid literal for int() with base 0: '0bff'

Przykłady zastosowań

Arytmetyka ciągów binarnych

Na przykład, aby wykonać operację na łańcuchu w notacji binarnej z prefiksem 0b.

Możesz łatwo przekonwertować go na wartość numeryczną (typ integer int), wykonać na nim operacje, a następnie ponownie przekonwertować go na łańcuch str.

a = '0b1001'
b = '0b0011'

c = int(a, 0) + int(b, 0)

print(c)
print(bin(c))
# 12
# 0b1100

Konwersja między liczbami binarnymi, ósemkowymi i szesnastkowymi

Łatwo jest również konwertować ciągi binarne, ósemkowe i szesnastkowe na siebie. Po przekonwertowaniu na liczbę całkowitą, można ją przekonwertować na ciąg znaków w dowolnym formacie.

Wypełnianie zera, prefiksowanie itd. może być kontrolowane przez łańcuch specyfikacji formatowania.

a_0b = '0b1110001010011'

print(format(int(a, 0), '#010x'))
# 0x00000009

print(format(int(a, 0), '#010o'))
# 0o00000011