python - ファイルからビットを読み取る方法は?

Question

バイトの読み方は知ってx.read(number_of_bytes)いますが、Python でビットを読むにはどうすればよいですか?

バイナリ ファイルから 5 ビット (8 ビット [1 バイト] ではなく) だけを読み取る必要があります。

アイデアやアプローチはありますか？

Answer 1

Python は一度に 1 バイトしか読み取ることができません。完全なバイトを読み取ってから、そのバイトから必要な値を抽出する必要があります。

b = x.read(1)
firstfivebits = b >> 3

または、最上位 5 ビットではなく最下位 5 ビットが必要な場合は、次のようにします。

b = x.read(1)
lastfivebits = b & 0b11111

その他の有用なビット操作情報は、http ://wiki.python.org/moin/BitManipulation で見つけることができます。

Answer 2

受け入れられた答えが述べているように、標準のPython I / Oは、一度に1バイト全体しか読み書きできません。ただし、このビット単位I / Oのレシピを使用して、このようなビットのストリームをシミュレートできます。

更新

ロゼッタコードのPythonバージョンをPython2と3の両方で変更なしで動作するように変更した後、これらの変更をこの回答に組み込みました。

それに加えて、後で@mhernandezによるコメントに触発された後、Rosettaコードをさらに変更して、2つのクラスの両方のインスタンスをPythonステートメントで使用できるようにするコンテキストマネージャープロトコルと呼ばれるものをサポートします。with最新バージョンを以下に示します。

class BitWriter(object):
    def __init__(self, f):
        self.accumulator = 0
        self.bcount = 0
        self.out = f

    def __enter__(self):
        return self

    def __exit__(self, exc_type, exc_val, exc_tb):
        self.flush()

    def __del__(self):
        try:
            self.flush()
        except ValueError:   # I/O operation on closed file.
            pass

    def _writebit(self, bit):
        if self.bcount == 8:
            self.flush()
        if bit > 0:
            self.accumulator |= 1 << 7-self.bcount
        self.bcount += 1

    def writebits(self, bits, n):
        while n > 0:
            self._writebit(bits & 1 << n-1)
            n -= 1

    def flush(self):
        self.out.write(bytearray([self.accumulator]))
        self.accumulator = 0
        self.bcount = 0


class BitReader(object):
    def __init__(self, f):
        self.input = f
        self.accumulator = 0
        self.bcount = 0
        self.read = 0

    def __enter__(self):
        return self

    def __exit__(self, exc_type, exc_val, exc_tb):
        pass

    def _readbit(self):
        if not self.bcount:
            a = self.input.read(1)
            if a:
                self.accumulator = ord(a)
            self.bcount = 8
            self.read = len(a)
        rv = (self.accumulator & (1 << self.bcount-1)) >> self.bcount-1
        self.bcount -= 1
        return rv

    def readbits(self, n):
        v = 0
        while n > 0:
            v = (v << 1) | self._readbit()
            n -= 1
        return v

if __name__ == '__main__':
    import os
    import sys
    # Determine this module's name from it's file name and import it.
    module_name = os.path.splitext(os.path.basename(__file__))[0]
    bitio = __import__(module_name)

    with open('bitio_test.dat', 'wb') as outfile:
        with bitio.BitWriter(outfile) as writer:
            chars = '12345abcde'
            for ch in chars:
                writer.writebits(ord(ch), 7)

    with open('bitio_test.dat', 'rb') as infile:
        with bitio.BitReader(infile) as reader:
            chars = []
            while True:
                x = reader.readbits(7)
                if not reader.read:  # End-of-file?
                    break
                chars.append(chr(x))
            print(''.join(chars))

最上位の「未使用」ビットを破棄する8ビットバイトASCIIストリームを「クランチ」し、それを読み戻す方法を示す別の使用例（ただし、どちらもコンテキストマネージャーとして使用しません）。

import sys
import bitio

o = bitio.BitWriter(sys.stdout)
c = sys.stdin.read(1)
while len(c) > 0:
    o.writebits(ord(c), 7)
    c = sys.stdin.read(1)
o.flush()

...そして同じストリームを「デクランチ」するには：

import sys
import bitio

r = bitio.BitReader(sys.stdin)
while True:
    x = r.readbits(7)
    if not r.read:  # nothing read
        break
    sys.stdout.write(chr(x))