HEX编码原理

出现原因

• 易于阅读：二进制数据较长且不易理解，而十六进制表示法相对简洁。例如，一个字节（8 位二进制数）可以转换为两个十六进制数字，每个十六进制数字可以表示 4 位二进制数。因此，十六进制表示法比二进制更加简洁明了。

• 方便调试和编程：程序员在编写和调试代码时，通常需要查看和操作内存地址或数据。这时，使用十六进制表示法更为直观和简便。

• 紧凑表示：十六进制表示法比二进制更加紧凑，每个十六进制数字可以表示 4 位二进制数，从而减少了表示长度。

实际中编码谁

在 Hex 编码过程中，被编码的对象可以是各种类型的二进制数据，例如：

• 字符数据：文本文件中的字符被编码为二进制数据，可以进一步转换为十六进制表示。

• 数值数据：整数、浮点数等数值数据在计算机内部以二进制形式存储，可以转换为十六进制表示。

• 图像数据：图像文件中的像素数据、颜色值等也是以二进制形式存储的，可以表示为十六进制数。

• 网络数据：网络通信中的数据包、协议头等也是以二进制形式存在，可以用十六进制表示来分析和调试。

原理过程

1. 将数据转换为二进制表示

2. 将每个字节拆分成两个 4 位的部分 (高低位)

3. 将 4 位二进制数转换为十六进制数

4. 将两个十六进制数字合并形成最终的编码

tip:转换规则

• 0000 -> 0

• 0001 -> 1

• 0010 -> 2

• 0011 -> 3

• 0100 -> 4

• 0101 -> 5

• 0110 -> 6

• 0111 -> 7

• 1000 -> 8

• 1001 -> 9

• 1010 -> A

• 1011 -> B

• 1100 -> C

• 1101 -> D

• 1110 -> E

• 1111 -> F

示例

字符 A 的 ASCII 码是 65，二进制表示为 01000001。

步骤二

高低位(前四位):0100

低四位(后四位):0001

步骤三

0100 -> 4

0001 -> 1

步骤四

A的Hex编码为41

tip:这里为什么没有像网上所说的补0呢?

将提取出来的高/低四位前面补全4个0,是为了 为了表示完整的 8 位字节，将每个 4 位数补全为 8 位二进制数 ,并不是 Hex 编码的实际步骤。

编/解码代码实现

def hex_encode(data):
    hex_str = ''
    for byte in data:
        high_nibble = (byte >> 4) & 0x0F
        low_nibble = byte & 0x0F
        hex_str += '{:X}{:X}'.format(high_nibble, low_nibble)
    return hex_str


def hex_decode(hex_str):
    if len(hex_str) % 2 != 0:
        raise ValueError("十六进制字符串的长度必须是偶数")

    data = bytearray()
    for i in range(0, len(hex_str), 2):
        high_nibble = int(hex_str[i], 16) << 4
        low_nibble = int(hex_str[i + 1], 16)
        byte = high_nibble | low_nibble
        data.append(byte)
    return bytes(data)


def main():
    ascii_art = r"""
 _                      _         __                       _      
| |__   _____  __    __| | ___   / /__ _ __   ___ ___   __| | ___ 
| '_ \ / _ \ \/ /   / _` |/ _ \ / / _ \ '_ \ / __/ _ \ / _` |/ _ \
| | | |  __/>  <   | (_| |  __// /  __/ | | | (_| (_) | (_| |  __/
|_| |_|\___/_/\_\___\__,_|\___/_/ \___|_| |_|\___\___/ \__,_|\___|
"""

    print(ascii_art)

    while True:
        print("==============")
        print("请选择操作：")
        print("1. 编码")
        print("2. 解码")
        print("3. 退出")
        choice = input("输入选项(1/2/3): ")

        if choice == '1':
            user_input = input("请输入要编码的字符串: ")
            encoded_data = hex_encode(user_input.encode('utf-8'))
            print(f"编码结果: {encoded_data}")

        elif choice == '2':
            user_input = input("请输入要解码的十六进制字符串: ")
            try:
                decoded_data = hex_decode(user_input)
                print(f"解码结果: {decoded_data.decode('utf-8')}")
            except ValueError as e:
                print(f"解码错误: {e}")

        elif choice == '3':
            print("退出程序")
            break

        else:
            print("无效的选项，请重新选择")


if __name__ == "__main__":
    main()