Работа с двоичными числами Python

Введение

Двоичная система — основа работы компьютеров, где все данные представляются как последовательности 0 и 1. В Python двоичные числа позволяют выполнять эффективные вычисления, использовать побитовые операции и взаимодействовать с низкоуровневыми протоколами.

В этой статье мы разберемся, как создавать двоичные числа, преобразовывать их в десятичные и обратно, выполнять побитовые операции и использовать двоичный формат для практических задач.

Если вы хотите детальнее изучить работу с числами и побитовыми операциями в Python — приходите на наш курс Основы Python. На курсе 209 уроков и 34 упражнения, AI-тренажеры для практики с кодом и задачами 24/7, решение задач с живым ревью наставника, еженедельные встречи с менторами.

Создание и представление двоичных чисел

Python позволяет задавать числа в двоичной системе с помощью префикса 0b:

a = 0b1010  # 10 в десятичной системе
b = 0b1111  # 15 в десятичной системе

print(a)  # 10
print(b)  # 15

Для перевода числа в двоичный формат используется функция bin:

n = 23
binary = bin(n)
print(binary)  # '0b10111'

Преобразование между системами счисления

decimal = int("1011", 2)  # из двоичного в десятичное
print(decimal)  # 11

hex_num = hex(decimal)     # преобразование в шестнадцатеричное
print(hex_num)  # '0xb'

oct_num = oct(decimal)     # преобразование в восьмеричное
print(oct_num)  # '0o13'

Побитовые операции

Двоичные числа удобно использовать с побитовыми операциями:

x = 0b1100  # 12
y = 0b1010  # 10

print(bin(x & y))  # 0b1000 (AND)
print(bin(x | y))  # 0b1110 (OR)
print(bin(x ^ y))  # 0b0110 (XOR)
print(bin(~x))     # -0b1101 (NOT)
print(bin(x << 2)) # 0b110000 (сдвиг влево)
print(bin(x >> 2)) # 0b11 (сдвиг вправо)

Побитовые операции полезны для маскирования, проверки флагов и оптимизации низкоуровневых вычислений.

Частые ошибки

• Попытка использовать строки '1010' без преобразования через int(..., 2) → логические и арифметические ошибки.
• Неправильное использование сдвигов → неожиданные отрицательные значения при работе с ~.
• Перепутанная система счисления при объединении bin, hex и oct.

Часто задаваемые вопросы

1. Можно ли использовать двоичные числа в арифметике? Да, Python автоматически интерпретирует их как целые числа (int), поэтому сложение, вычитание и умножение работают как обычно.

2. Как удалить префикс 0b у строки?

n = bin(10)[2:]  # '1010'

3. Как проверить, установлен ли конкретный бит?

x = 0b1010
bit = 1 << 2  # 0b0100
print(x & bit != 0)  # False

4. Можно ли работать с двоичными числами в массивах или NumPy? Да, их можно хранить в numpy.array и выполнять побитовые операции векторно.

Заключение

Двоичные числа в Python — мощный инструмент для работы с низкоуровневыми данными, битовыми масками и вычислениями. Знание создания, преобразования и побитовых операций позволяет эффективно управлять бинарной информацией и интегрировать её в более сложные вычислительные задачи.

Для системного изучения работы с числами и побитовыми операциями в Python рекомендую пройти курс Основы Python. В первых 3 модулях уже доступно бесплатное содержание — начните погружаться в мир Python прямо сегодня.