深入解析：如何在 Python 中将十六进制字符串转换为字节

2026-02-14 05:44:31 0条评论 3次阅读 0人点赞

在 Python 的编程世界中，处理二进制数据是一项非常常见且关键的任务。无论你是从事网络编程、系统底层开发，还是进行数据加密与解密操作，你都会频繁遇到需要将十六进制字符串转换为字节对象的情况。在这篇文章中，我们将深入探讨这一主题，不仅涵盖基础的转换方法，还会分享一些实际开发中的最佳实践和注意事项。

为什么我们需要将十六进制转换为字节？

首先，让我们明确一下核心概念。在内存中，数据最终都以二进制形式存储。然而，直接阅读二进制（0和1的序列）对人类来说非常痛苦。十六进制提供了一种更紧凑、更易读的数据表示方式。每一个字节（8位）可以用两个十六进制字符（00到FF）来完美表示。

例如，十六进制字符串 INLINECODEdf0e6c47 实际上代表了两个字节：INLINECODE9cc387cc 和 0xCD。当我们从文本文件、网络协议或 API 响应中获取到这些字符串形式的十六进制数据时，为了操作它们（比如计算哈希、进行编码转换或写入二进制文件），我们必须将其还原为原始的字节流。

方法一：使用 bytes.fromhex() —— 最直接的方式

这是 Python 提供的最原生、最简洁的方法。INLINECODEcd66c152 类型本身是一个不可变序列，而 INLINECODE1b494307 是它的一个内置类方法。这个方法专门用于将包含两个十六进制数字的字符串解析为字节对象。

让我们来看看它是如何工作的：

# 定义一个十六进制字符串
# 注意：这里的字符数量必须是偶数，因为每两个字符代表一个字节
hex_string = "1a2b3c"

# 使用 bytes.fromhex() 进行转换
result_bytes = bytes.fromhex(hex_string)

# 打印结果以供验证
print(f"原始字符串: {hex_string} (类型: {type(hex_string).__name__})")
print(f"转换结果: {result_bytes} (类型: {type(result_bytes).__name__})")

# 你甚至可以直接遍历这个字节对象
print("
逐个字节查看:")
for byte in result_bytes:
    print(f" - {hex(byte)} ({byte})")

输出结果：

原始字符串: 1a2b3c (类型: str)
转换结果: b‘\x1a+<' (类型: bytes)

逐个字节查看:
 - 0x1a (26)
 - 0x2b (43)
 - 0x3c (60)

代码深入解析：

在这段代码中，我们初始化了一个十六进制字符串 INLINECODE241dbe2d。INLINECODE3e1cb846 方法会自动忽略字符串中的空格（这也是一个非常实用的特性），并按顺序读取每两个字符。INLINECODE5f51bfe9 被转换为整数 26，INLINECODEe161759b 转换为 43，以此类推。最终生成的 bytes 对象是不可变的，这意味着一旦创建，你就不能修改其中的某个字节。这在需要保证数据完整性的场景下非常有用。

方法二：使用 bytearray.fromhex() —— 可变的字节序列

如果你需要在转换之后修改数据内容，那么 INLINECODE5e8047c2 是你的不二之选。INLINECODE3797add7 是 Python 中的一个可变序列类型。它的用法与 bytes.fromhex() 几乎完全一致，但返回的对象支持原地修改。

让我们看看实际应用场景：

# 模拟一个数据包的十六进制表示
packet_hex = "01ff04"

# 转换为 bytearray
packet = bytearray.fromhex(packet_hex)

print(f"初始数据包: {packet.hex()} (类型: {type(packet).__name__})")

# 假设我们需要修改数据包中的第二个字节（校验和）
# 比如 0xff 需要改为 0xaa
packet[1] = 0xAA

print(f"修改后的数据包: {packet.hex()}")

输出结果：

初始数据包: 01ff04 (类型: bytearray)
修改后的数据包: 01aa04

代码深入解析：

这段代码首先定义了一个十六进制字符串 INLINECODE911746cf。通过 INLINECODE04bdc823，我们得到了一个可以操作的字节数组。请注意看，我们直接通过下标 INLINECODE09164768 修改了第二个字节。如果使用的是 INLINECODEfb3edfe7 对象，这步操作会抛出 INLINECODEe33504b1 异常。因此，当你需要对二进制数据进行切片、拼接或修改时，请优先考虑 INLINECODE372a290e。

方法三：使用 binascii.unhexlify() —— 标准库的利器

Python 的 INLINECODE8b71dd0a 模块提供了许多用于二进制和 ASCII 编码之间转换的方法。其中，INLINECODE37bccebd 函数专门用于将十六进制字符串转换为二进制数据（"lify" 通常指将可打印格式转换为原始二进制格式）。虽然功能上与 INLINECODE035b1546 类似，但 INLINECODEd40b3ab9 模块在处理大型二进制数据或与其他编码格式（如 Base64, UUcode）混合使用时，往往显得更加专业和统一。

下面是一个结合 Base64 解码的复杂案例：

import binascii
import base64

# 场景：我们有一个经过 Base64 编码的十六进制字符串
# 原始十六进制是 "48656c6c6f" (即 "Hello")
# Base64 编码后为 "SGVsbG8="
encoded_data = "SGVsbG8="

# 第一步：Base64 解码得到原始十六进制字符串（此时还是字节形式）
hex_data_as_bytes = base64.b64decode(encoded_data)
print(f"Base64 解码后 (Hex 格式): {hex_data_as_bytes.hex()}")

# 第二步：将这个表示 Hex 的字节转换为真正的二进制数据
# 注意：这里我们需要先解码为字符串，因为 unhexlify 接受字符串参数
# 这里演示数据流转过程
hex_string = hex_data_as_bytes.decode(‘utf-8‘)

# 实际上，binascii.unhexlify 也可以直接处理字节输入，但在这种混合场景下要注意类型
final_binary_data = binascii.unhexlify(hex_string)

print(f"最终二进制数据 (可读): {final_binary_data.decode(‘utf-8‘)}")

输出结果：

Base64 解码后 (Hex 格式): 48656c6c6f
最终二进制数据 (可读): Hello

代码深入解析：

INLINECODE6961237b 的功能非常强大。在这段代码中，我们模拟了一个稍微复杂的数据处理流程：先解码 Base64，再处理十六进制。虽然 INLINECODEbaccd35f 也能完成十六进制转换，但在涉及大量二进制编码转换的项目中，统一使用 INLINECODE0d139745 模块可以让代码风格保持一致。它的名字 INLINECODE1dc51756 意思正是 "un-hex-literalify"，即取消十六进制字面量形式，还原为原始字节。

方法四：使用列表推导式 —— 底层逻辑的体现

如果你想深入理解 Python 字节存储的原理，或者你需要在没有内置函数支持的环境下（虽然很少见）实现转换，那么手动使用列表推导式是最好的学习方式。这种方法通过切片将字符串每两个字符一组取出，转换为 10 进制整数，最后传给 bytes() 构造函数。

让我们来看看如何手动实现这个过程：

def manual_hex_to_bytes(hex_str):
    # 我们使用列表推导式遍历字符串
    # range(0, len(hex_str), 2) 意味着从 0 开始，每次步进 2
    # int(x, 16) 将字符串 x 视为 16 进制并转换为整型
    byte_list = [int(hex_str[i:i+2], 16) for i in range(0, len(hex_str), 2)]
    
    # bytes() 构造函数接受一个 0-255 的整数列表并生成字节对象
    return bytes(byte_list)

# 测试我们的函数
raw_hex = "4a6f686e" # 对应 ASCII: John
result = manual_hex_to_bytes(raw_hex)

print(f"手动转换结果: {result}")
print(f"可读文本: {result.decode(‘utf-8‘)}")

输出结果：

手动转换结果: b‘John‘
可读文本: John

代码深入解析：

这里的关键在于 INLINECODEd71b2470。它生成索引序列 0, 2, 4…。切片 INLINECODE952de3c6 依次取出 INLINECODE7bc40cb5, INLINECODE325665e4, INLINECODEfaffdde5, INLINECODE367a6f2e。int(..., 16) 函数负责将这些十六进制对转换为数值。这种方法让你对每一个字节都有完全的控制权，例如，你可以在转换过程中加入校验逻辑，或者处理非标准的十六进制格式。

实际应用场景与最佳实践

在实际工程中，你可能会遇到以下几种场景，选择合适的转换方法至关重要：

网络协议开发：当你从 Socket 接收到数据包时，数据通常是以字节形式传输的。但为了调试，人们通常会将其转储为十六进制字符串。当你需要把这些日志数据重新注入程序进行测试时，bytes.fromhex() 是最快的方式。

加密与哈希：加密库（如 PyCryptodome 或 hashlib）通常要求输入必须是字节类型。用户输入通常是字符串形式的密钥或初始化向量（IV）。

    import hashlib
    
    # 用户输入的 32 位十六进制密钥
    user_key = "a1b2c3d4e5f60102030405060708090a"
    
    # 必须先转换为字节才能用于加密操作
    key_bytes = bytes.fromhex(user_key)
    
    # 创建加密上下文
    cipher = hashlib.sha256(key_bytes)
    print(f"SHA256 哈希: {cipher.hexdigest()}")

性能优化：一般来说，bytes.fromhex() 是用 C 实现的，性能最高。列表推导式虽然灵活，但在处理超大字符串（例如 MB 级别的十六进制数据）时，速度会明显慢于内置方法。除非有特殊的逻辑需求，否则建议优先使用内置方法。

常见错误与解决方案

1. 奇数长度的字符串

十六进制字符串的长度必须是偶数。如果你尝试处理奇数长度的字符串，Python 会报错。

try:
    bytes.fromhex("abc") # 只有一个半字节
except ValueError as e:
    print(f"发生错误: {e}")

解决方案：在转换前检查长度，或者在前面补零。

hex_str = "abc"
if len(hex_str) % 2 != 0:
    hex_str = "0" + hex_str # 补全为 "0abc"
print(bytes.fromhex(hex_str))

2. 包含非十六进制字符

如果字符串中包含空格，fromhex() 可以处理，但如果有其他无效字符（如 ‘G‘, ‘Z‘），则会报错。

解决方案：使用 strip() 方法去除首尾空白，或者正则表达式过滤掉非十六进制字符。

总结

在这篇文章中，我们探讨了四种在 Python 中将十六进制字符串转换为字节的方法。INLINECODEfb2d113d 是最简洁的首选；INLINECODE4f0e31ec 在需要修改数据时必不可少；binascii.unhexlify() 适合处理混合编码场景；而列表推导式则让我们从底层理解了转换原理。掌握这些工具，将帮助你在处理二进制数据时事半功倍。希望这些示例和解释能对你有所帮助，快去你的代码中尝试一下吧！

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深入解析：如何在 Python 中将十六进制字符串转换为字节

为什么我们需要将十六进制转换为字节？

方法一：使用 bytes.fromhex() —— 最直接的方式

方法二：使用 bytearray.fromhex() —— 可变的字节序列

方法三：使用 binascii.unhexlify() —— 标准库的利器

方法四：使用列表推导式 —— 底层逻辑的体现

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常见错误与解决方案

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