如何将1和0的字符串写入二进制文件？

Question

我想把一串由1和0组成的字符串转换成一个真正的二进制文件。如果直接把这串1和0写入文件的话，文件里只会是“00110001”和“00110000”这样的ASCII字符。我更希望用Python或者直接在bash命令行中完成这个，但用Java或C语言也可以。这可能只用一次。

谢谢。

Answer 1

任何能够进行位移操作的语言都可以组合任意进制的数字。我很喜欢不同语言在处理这些操作时的各种方式和技巧，但永远不要忘记，这背后其实是一些非常基础的数学知识。

在这个例子中，二进制就是简单的2的幂，所以：

    1 << 1 = 1
    1 << 2 = 2
    1 << 3 = 4
    1 << 4 = 8

等等……

如果你拿到一个二进制字符串：10100101，你可以很容易地将它转换成一个字节，方法如下：

    (1 << 7) + (0 << 6) + (1 << 5) + (0 << 4) + (0 << 3) + (1 << 2) + (0 << 1) + 1

假设你已经把每个“0”或“1”先转换成了数字格式。

如果你处理的位数超过上面提到的8位，这个过程可能会变得有点繁琐，但因为你是一次处理一个字节，所以在你选择的编程语言中，简单的字节数组就足够了，这样你可以依次添加每个字节。

值得一提的是，同样的过程也可以用于其他进制，如果你没有位移的功能，简单的乘法通常也能很好地工作。

如果你在顶部用二进制标记你的列，你就能很清楚地理解我在说什么……以上面的例子为例（记住，这都是2的幂）：

    1   0  1  0  0 1 0 1
    128 64 32 16 8 4 2 1 = 128 + 32 + 4 + 1 = 165

这不是问题的一部分，但相关……并且进一步说明：

十六进制的值是从0到F（共16个值），每个值可以放入4位……所以

    1010 0101 (8+2) (4+1) - Binary using powers of 2 only on 4 bits (8 4 2 1)
    10   5    (Decimal) - (10 << 4) + 5 = 165
    A    5    (Hexadecimal)

Answer 2

如果你需要转换的字符超过8个（我想你肯定是），那么你可以用下面这个方法（使用Python）：

>>> b = '0010101001010101010111101010100101011011'
>>> bytearray(int(b[x:x+8], 2) for x in range(0, len(b), 8))
bytearray(b'*U^\xa9[')

这个方法会把你的比特字符串分成8个字符一组（如果你的字符串长度不是8的倍数，记得先补齐），然后把每一组转换成一个整数，最后把这些整数放到一个bytearray里，这样就可以直接写入你的二进制文件了（不需要再转换成字符串）：

>>> with open('somefile', 'wb') as f:
...     f.write(the_bytearray)

如果你还有类似的任务，可以使用一些库来帮助你，比如这里用我的bitstring模块做同样的转换：

>>> from bitstring import BitArray
>>> with open('somefile', 'wb') as f:
...     BitArray(bin=b).tofile(f)

Answer 3

在Python中，可以使用内置的 int 函数把由0和1组成的字符串转换成数字：

>>> int("00100101", 2)
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接着，可以用内置的 chr 函数把一个8位的整数（也就是范围在0到255之间的数字）转换成一个字符。

>>> chr(_)
'%'

通过 chr 得到的结果可以直接用 file.write 方法写入一个以二进制模式打开的文件中。