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Datentypen in Python

None- und Binärdaten

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Reale Programme verarbeiten fehlende Werte und Binärdaten. None kennzeichnet "kein Wert", und bytes/bytearray dienen für rohe Binärinhalte. Verständnis, wann welches verwendet wird, sowie sichere Umwandlung zwischen Text und Bytes ist wichtig.

None für "Kein Wert"

None ist ein einzelnes Objekt, das "nichts vorhanden" bedeutet.


              
1234567

            
result = None
email = None
print(result is None)  # True
print(email is None)   # True

if result is None:
    print("No result yet")

Verwendung von is None anstelle von Wahrheitswert-Prüfungen, da auch 0 und "" als falsey gelten.


              
123

            
value = 0
print(not value)        # True
print(value is None)    # False

Standardwerte und Rückfalloptionen

None wird als eindeutiger Marker verwendet, dass ein Wert absichtlich fehlt. Dadurch lässt sich zwischen „kein Wert angegeben“ und gültigen Werten wie 0 oder "" unterscheiden, was Standardwerte und Rückfalloptionen sicherer und vorhersehbarer macht.


              
1234567

            
x = None
print(x or "unknown")         # 'unknown'
print("unknown" if x is None else x)

x = 0
print(x or "unknown")         # 'unknown'
print("unknown" if x is None else x)  # 0

Funktionen und Parameter

Dieses Beispiel zeigt, wie eine Funktion einen auf None gesetzten Parameter als Signal verwendet, dass kein Tag angegeben wurde. Dadurch kann die Funktion einen sicheren Standardwert zuweisen, während der Aufrufer ihn bei Bedarf überschreiben kann.


              
1234567

            
def add_tag(text, tag=None):
    if tag is None:
        tag = "general"
    return f"[{tag}] {text}"

print(add_tag("hello"))           # [general] hello
print(add_tag("hello", "news"))   # [news] hello

Binärdaten

str enthält Text, bytes und bytearray enthalten rohe Bytewerte.


              
1234

            
b1 = b"hello"
b2 = bytes([72, 105])
buf = bytearray(b"abc")
buf[0] = 65

Kodierung und Dekodierung

Kodierung wandelt Text in Bytes um, damit er zuverlässig gespeichert oder übertragen werden kann, während Dekodierung diese Bytes wieder in lesbaren Text zurückverwandelt. Die Verwendung einer definierten Kodierung wie UTF-8 stellt sicher, dass Zeichen korrekt erhalten bleiben.


              
123

            
text = "café"
data = text.encode("utf-8")
back = data.decode("utf-8")

Binärdaten in der Praxis

Verwendung von bytes und bytearray zur Verarbeitung von rohen Binärinformationen. Diese Typen sind unerlässlich für Aufgaben, bei denen es sich nicht nur um Textdaten handelt, wie zum Beispiel:

  • Lesen und Schreiben von Dateien im Binärmodus (wie Bilder, Audiodateien oder ausführbare Dateien);
  • Senden und Empfangen von Daten über Netzwerke, bei denen exakte Bytesequenzen übertragen werden müssen;
  • Parsen oder Erstellen von Binärprotokollen, beispielsweise bei der Kommunikation mit Hardware oder Low-Level-APIs.

bytes vs bytearray

  • bytes-Objekte sind unveränderlich: Ihr Inhalt kann nach der Erstellung nicht mehr geändert werden. Verwendung bei festen Binärdaten, wie Dateiinhalten oder kryptografischen Hashes;
  • bytearray-Objekte sind veränderlich: Ihr Inhalt kann direkt geändert werden. Nützlich zum Erstellen oder Bearbeiten von Binärdaten vor dem Speichern oder Senden.

Beispiel: Bearbeiten von Binärdaten

# Create a bytes object (immutable)
data = b"hello"
# Create a mutable copy
data_mutable = bytearray(data)
data_mutable[0] = 72  # Change 'h' (104) to 'H' (72)
print(data_mutable)  # bytearray(b'Hello')

Umwandlung zwischen bytes und bytearray

  • Umwandlung von bytes zu bytearray, um Änderungen zu ermöglichen:
b = b"data"
ba = bytearray(b)
  • Umwandlung von bytearray zurück zu bytes für Speicherung oder Übertragung:
ba = bytearray(b"abc")
b = bytes(ba)

Kodierung und Dekodierung

  • Verwendung von .encode() bei einem String, um ein bytes-Objekt mit einer bestimmten Kodierung (z. B. UTF-8) zu erhalten;
  • Verwendung von .decode() bei einem bytes- oder bytearray-Objekt, um einen String zu erhalten.

Dies ist entscheidend bei Datei-I/O oder Netzwerkdaten, bei denen häufig rohe Bytes empfangen oder gesendet und in lesbaren Text umgewandelt werden müssen.

Typische Anwendungsfälle

  • Datei-I/O:
    • Öffnen von Dateien im Binärmodus ("rb" oder "wb"), um exakte Bytes zu lesen oder zu schreiben.
  • Netzwerkdaten:
    • Socket-Kommunikation sendet und empfängt Daten als Bytes.
  • Binärprotokolle:
    • Erstellen oder Parsen von Paketen mit bytearray für effiziente Änderungen direkt im Speicher.

Das Verständnis, wann welcher Typ verwendet werden sollte, hilft beim Schreiben robuster Programme für die Verarbeitung realer Daten.

Typische Anwendungsfälle für Bytes und Bytearray

bytes und bytearray werden verwendet, wenn direkt mit rohen Binärdaten gearbeitet wird, anstatt mit Text. Diese Typen sind in verschiedenen Szenarien unerlässlich:

  • Lesen oder Schreiben von Binärdateien wie Bildern, Audiodateien oder ausführbaren Dateien;
  • Verarbeitung von Netzwerkdaten, da Sockets Bytes und keine Strings senden und empfangen;
  • Interaktion mit Binärprotokollen, bei denen Nachrichten als Bytesequenzen erstellt oder geparst werden müssen.

bytes ist eine unveränderliche Sequenz, d. h. der Inhalt kann nach der Erstellung nicht mehr geändert werden. Dies ist ideal, wenn sichergestellt werden muss, dass die Daten unverändert bleiben, z. B. beim Lesen einer Datei oder beim Empfangen eines Netzwerkpakets.

bytearray ist veränderlich, sodass der Inhalt direkt geändert werden kann. bytearray wird verwendet, wenn eine Nachricht aufgebaut, Teile eines Puffers verändert oder Binärdaten effizient vor dem Senden oder Speichern bearbeitet werden sollen.

Wann welcher Typ verwendet wird:

  • bytes für feste, schreibgeschützte Binärdaten, wie Dateiinhalte oder Netzwerkpakete, die nicht verändert werden müssen;
  • bytearray, wenn Binärdaten bearbeitet, erweitert oder vor der weiteren Verarbeitung oder Übertragung verändert werden sollen.

Umwandlung zwischen bytes und bytearray

In Python kann einfach zwischen bytes (unveränderlich) und bytearray (veränderlich) umgewandelt werden. So kann je nach Bedarf der passende Typ gewählt werden—bytes für feste Daten, bytearray wenn der Inhalt bearbeitet werden muss.

  • Mit dem Konstruktor bytes() wird ein bytearray in ein unveränderliches bytes-Objekt umgewandelt;
  • Mit dem Konstruktor bytearray() wird aus einem bytes-Objekt eine veränderliche Kopie erstellt.

Dies ist nützlich, wenn Binärdaten bearbeitet werden müssen (mit bytearray), bevor sie zur sicheren Speicherung oder Übertragung in bytes umgewandelt werden.

raw = bytearray(b"data")
raw[0] = 68  # Change first byte to 'D'
locked = bytes(raw)  # Convert to immutable bytes

b = b"example"
mutable = bytearray(b)  # Convert to mutable bytearray
mutable.append(33)      # Add '!' (ASCII 33)

Nach der Umwandlung in bytes kann der Inhalt nicht mehr geändert werden. bytearray wird verwendet, wenn Binärdaten vor der endgültigen Umwandlung in bytes bearbeitet werden müssen.


              
1234567891011

            
# Convert bytes to bytearray
b = b"hello"
ba = bytearray(b)

# Modify the bytearray (change 'h' to 'H')
ba[0] = ord('H')
print(ba)         # bytearray(b'Hello')

# Convert bytearray back to bytes
b2 = bytes(ba)
print(b2)         # b'Hello'


              
123456

            
try:
    b"ID:" + "123"
except TypeError as e:
    print(e)

ok = b"ID:" + "123".encode("utf-8")

Längenunterschiede

Einige Zeichen benötigen ein Textelement, aber mehrere Bytes, sodass sich ihre Länge in str und in kodierter Form unterscheiden kann. Dies tritt auf, weil Kodierungen wie UTF-8 mehr als ein Byte verwenden können, um ein einzelnes Zeichen darzustellen.


              
123

            
ch = "é"
len(ch)            # 1
len(ch.encode())   # 2

Dateien

Binärdateien müssen im Modus "rb" geöffnet werden, damit ihre Rohbytes exakt wie gespeichert gelesen werden. Dies verhindert, dass Python versucht, die Daten als Text zu interpretieren.

# with open("example.png", "rb") as f:
#     blob = f.read()
question mark

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None- und Binärdaten

Reale Programme verarbeiten fehlende Werte und Binärdaten. None kennzeichnet "kein Wert", und bytes/bytearray dienen für rohe Binärinhalte. Verständnis, wann welches verwendet wird, sowie sichere Umwandlung zwischen Text und Bytes ist wichtig.

None für "Kein Wert"

None ist ein einzelnes Objekt, das "nichts vorhanden" bedeutet.


              
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result = None
email = None
print(result is None)  # True
print(email is None)   # True

if result is None:
    print("No result yet")

Verwendung von is None anstelle von Wahrheitswert-Prüfungen, da auch 0 und "" als falsey gelten.


              
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value = 0
print(not value)        # True
print(value is None)    # False

Standardwerte und Rückfalloptionen

None wird als eindeutiger Marker verwendet, dass ein Wert absichtlich fehlt. Dadurch lässt sich zwischen „kein Wert angegeben“ und gültigen Werten wie 0 oder "" unterscheiden, was Standardwerte und Rückfalloptionen sicherer und vorhersehbarer macht.


              
1234567

            
x = None
print(x or "unknown")         # 'unknown'
print("unknown" if x is None else x)

x = 0
print(x or "unknown")         # 'unknown'
print("unknown" if x is None else x)  # 0

Funktionen und Parameter

Dieses Beispiel zeigt, wie eine Funktion einen auf None gesetzten Parameter als Signal verwendet, dass kein Tag angegeben wurde. Dadurch kann die Funktion einen sicheren Standardwert zuweisen, während der Aufrufer ihn bei Bedarf überschreiben kann.


              
1234567

            
def add_tag(text, tag=None):
    if tag is None:
        tag = "general"
    return f"[{tag}] {text}"

print(add_tag("hello"))           # [general] hello
print(add_tag("hello", "news"))   # [news] hello

Binärdaten

str enthält Text, bytes und bytearray enthalten rohe Bytewerte.


              
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b1 = b"hello"
b2 = bytes([72, 105])
buf = bytearray(b"abc")
buf[0] = 65

Kodierung und Dekodierung

Kodierung wandelt Text in Bytes um, damit er zuverlässig gespeichert oder übertragen werden kann, während Dekodierung diese Bytes wieder in lesbaren Text zurückverwandelt. Die Verwendung einer definierten Kodierung wie UTF-8 stellt sicher, dass Zeichen korrekt erhalten bleiben.


              
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text = "café"
data = text.encode("utf-8")
back = data.decode("utf-8")

Binärdaten in der Praxis

Verwendung von bytes und bytearray zur Verarbeitung von rohen Binärinformationen. Diese Typen sind unerlässlich für Aufgaben, bei denen es sich nicht nur um Textdaten handelt, wie zum Beispiel:

  • Lesen und Schreiben von Dateien im Binärmodus (wie Bilder, Audiodateien oder ausführbare Dateien);
  • Senden und Empfangen von Daten über Netzwerke, bei denen exakte Bytesequenzen übertragen werden müssen;
  • Parsen oder Erstellen von Binärprotokollen, beispielsweise bei der Kommunikation mit Hardware oder Low-Level-APIs.

bytes vs bytearray

  • bytes-Objekte sind unveränderlich: Ihr Inhalt kann nach der Erstellung nicht mehr geändert werden. Verwendung bei festen Binärdaten, wie Dateiinhalten oder kryptografischen Hashes;
  • bytearray-Objekte sind veränderlich: Ihr Inhalt kann direkt geändert werden. Nützlich zum Erstellen oder Bearbeiten von Binärdaten vor dem Speichern oder Senden.

Beispiel: Bearbeiten von Binärdaten

# Create a bytes object (immutable)
data = b"hello"
# Create a mutable copy
data_mutable = bytearray(data)
data_mutable[0] = 72  # Change 'h' (104) to 'H' (72)
print(data_mutable)  # bytearray(b'Hello')

Umwandlung zwischen bytes und bytearray

  • Umwandlung von bytes zu bytearray, um Änderungen zu ermöglichen:
b = b"data"
ba = bytearray(b)
  • Umwandlung von bytearray zurück zu bytes für Speicherung oder Übertragung:
ba = bytearray(b"abc")
b = bytes(ba)

Kodierung und Dekodierung

  • Verwendung von .encode() bei einem String, um ein bytes-Objekt mit einer bestimmten Kodierung (z. B. UTF-8) zu erhalten;
  • Verwendung von .decode() bei einem bytes- oder bytearray-Objekt, um einen String zu erhalten.

Dies ist entscheidend bei Datei-I/O oder Netzwerkdaten, bei denen häufig rohe Bytes empfangen oder gesendet und in lesbaren Text umgewandelt werden müssen.

Typische Anwendungsfälle

  • Datei-I/O:
    • Öffnen von Dateien im Binärmodus ("rb" oder "wb"), um exakte Bytes zu lesen oder zu schreiben.
  • Netzwerkdaten:
    • Socket-Kommunikation sendet und empfängt Daten als Bytes.
  • Binärprotokolle:
    • Erstellen oder Parsen von Paketen mit bytearray für effiziente Änderungen direkt im Speicher.

Das Verständnis, wann welcher Typ verwendet werden sollte, hilft beim Schreiben robuster Programme für die Verarbeitung realer Daten.

Typische Anwendungsfälle für Bytes und Bytearray

bytes und bytearray werden verwendet, wenn direkt mit rohen Binärdaten gearbeitet wird, anstatt mit Text. Diese Typen sind in verschiedenen Szenarien unerlässlich:

  • Lesen oder Schreiben von Binärdateien wie Bildern, Audiodateien oder ausführbaren Dateien;
  • Verarbeitung von Netzwerkdaten, da Sockets Bytes und keine Strings senden und empfangen;
  • Interaktion mit Binärprotokollen, bei denen Nachrichten als Bytesequenzen erstellt oder geparst werden müssen.

bytes ist eine unveränderliche Sequenz, d. h. der Inhalt kann nach der Erstellung nicht mehr geändert werden. Dies ist ideal, wenn sichergestellt werden muss, dass die Daten unverändert bleiben, z. B. beim Lesen einer Datei oder beim Empfangen eines Netzwerkpakets.

bytearray ist veränderlich, sodass der Inhalt direkt geändert werden kann. bytearray wird verwendet, wenn eine Nachricht aufgebaut, Teile eines Puffers verändert oder Binärdaten effizient vor dem Senden oder Speichern bearbeitet werden sollen.

Wann welcher Typ verwendet wird:

  • bytes für feste, schreibgeschützte Binärdaten, wie Dateiinhalte oder Netzwerkpakete, die nicht verändert werden müssen;
  • bytearray, wenn Binärdaten bearbeitet, erweitert oder vor der weiteren Verarbeitung oder Übertragung verändert werden sollen.

Umwandlung zwischen bytes und bytearray

In Python kann einfach zwischen bytes (unveränderlich) und bytearray (veränderlich) umgewandelt werden. So kann je nach Bedarf der passende Typ gewählt werden—bytes für feste Daten, bytearray wenn der Inhalt bearbeitet werden muss.

  • Mit dem Konstruktor bytes() wird ein bytearray in ein unveränderliches bytes-Objekt umgewandelt;
  • Mit dem Konstruktor bytearray() wird aus einem bytes-Objekt eine veränderliche Kopie erstellt.

Dies ist nützlich, wenn Binärdaten bearbeitet werden müssen (mit bytearray), bevor sie zur sicheren Speicherung oder Übertragung in bytes umgewandelt werden.

raw = bytearray(b"data")
raw[0] = 68  # Change first byte to 'D'
locked = bytes(raw)  # Convert to immutable bytes

b = b"example"
mutable = bytearray(b)  # Convert to mutable bytearray
mutable.append(33)      # Add '!' (ASCII 33)

Nach der Umwandlung in bytes kann der Inhalt nicht mehr geändert werden. bytearray wird verwendet, wenn Binärdaten vor der endgültigen Umwandlung in bytes bearbeitet werden müssen.


              
1234567891011

            
# Convert bytes to bytearray
b = b"hello"
ba = bytearray(b)

# Modify the bytearray (change 'h' to 'H')
ba[0] = ord('H')
print(ba)         # bytearray(b'Hello')

# Convert bytearray back to bytes
b2 = bytes(ba)
print(b2)         # b'Hello'


              
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try:
    b"ID:" + "123"
except TypeError as e:
    print(e)

ok = b"ID:" + "123".encode("utf-8")

Längenunterschiede

Einige Zeichen benötigen ein Textelement, aber mehrere Bytes, sodass sich ihre Länge in str und in kodierter Form unterscheiden kann. Dies tritt auf, weil Kodierungen wie UTF-8 mehr als ein Byte verwenden können, um ein einzelnes Zeichen darzustellen.


              
123

            
ch = "é"
len(ch)            # 1
len(ch.encode())   # 2

Dateien

Binärdateien müssen im Modus "rb" geöffnet werden, damit ihre Rohbytes exakt wie gespeichert gelesen werden. Dies verhindert, dass Python versucht, die Daten als Text zu interpretieren.

# with open("example.png", "rb") as f:
#     blob = f.read()
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Abschnitt 4. Kapitel 3
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