【実践編】Pythonで文字列やJSONをbytearrayに変換！データ転送で役立つテクニック

Pythonでネットワーク通信（ソケット通信）やIoT機器とのシリアル通信を行う際、必須となるのが「バイトデータ」の扱いです。

bytes型とbytearray型の基本的な違いや、ファイル操作・暗号化などの基礎的な使い方については、以下の記事で詳しく解説していますので、まずは基礎を押さえたいという方はぜひこちらもご覧ください！

👉 参考記事：Pythonにおけるbytesとbytearrayの完全ガイド：基本から応用まで

上記の記事では「bytearrayは中身が変更可能（ミュータブル）で便利！」という点に触れましたが、実際のシステム開発現場で直面するのは「手元にある文字列（String）や辞書データ（JSON）を、どうやってbytearrayにして送るか？」という具体的なデータ変換の課題です。

本記事では、既存の記事と重複しない「実践的なデータ変換（String/JSON ⇔ bytearray）」にフォーカスし、データ転送時にそのまま使える具体的なテクニックを解説します。

1. なぜデータ転送に「bytearray」が便利なのか？

ネットワーク越しにデータを送る際、Pythonの「文字列」や「辞書データ」をそのまま送信することはできません。すべて「0と1のバイトデータ」に変換（エンコード）する必要があります。

通信プロトコルによっては「先頭の2バイトはデータサイズ」「末尾にチェックサムを追加する」といった細かいパケットの組み立てが求められます。このとき、後から要素を自由に追加・変更（appendやextend）できるbytearrayが圧倒的に扱いやすいのです。

2. 文字列（String）と bytearray の相互変換

テキストメッセージを送信する場合の基本です。文字コード（一般的にはUTF-8）を指定してエンコード・デコードを行います。

String から bytearray への変換（送信時）

# 送信したい文字列
message = "こんにちは、Python通信!"

# 1. 文字列をbytearrayに変換（UTF-8でエンコード）
# ※ bytearray() の第2引数に文字コードを指定します
byte_msg = bytearray(message, "utf-8")

print(type(byte_msg))  # <class 'bytearray'>
print(byte_msg)        # bytearray(b'\xe3\x81\x93...')

bytearray から String への変換（受信時）

# 受信したbytearrayデータを文字列に戻す
# .decode() メソッドを使用します
received_msg = byte_msg.decode("utf-8")

print(received_msg)    # こんにちは、Python通信!

3. JSONデータと bytearray の相互変換

Web APIやIoT機器とのやり取りで最も頻出するのがJSON形式です。Pythonの辞書（dict）型データを転送するには、**「辞書 ⇒ JSON文字列 ⇒ bytearray」**という2段階の変換が必要です。

JSON（辞書データ）から bytearray への変換

import json

# 送信したい辞書データ
payload = {
    "device_id": "sensor-001",
    "temperature": 25.4,
    "status": "active"
}

# 1. 辞書(dict)をJSON文字列(str)に変換
# ensure_ascii=False で日本語の文字化けを防ぎます
json_str = json.dumps(payload, ensure_ascii=False)

# 2. JSON文字列をbytearrayに変換
byte_payload = bytearray(json_str, "utf-8")

print(byte_payload) 
# 出力例: bytearray(b'{"device_id": "sensor-001", "temperature": 25.4, ...}')

bytearray から JSON（辞書データ）への復元

受信側では、全く逆の順番（bytearray ⇒ 文字列 ⇒ 辞書）でデータを復元します。

import json

# 1. 受信した bytearray を文字列(str)にデコード
received_str = byte_payload.decode("utf-8")

# 2. JSON文字列を辞書(dict)に変換
restored_payload = json.loads(received_str)

print(type(restored_payload))        # <class 'dict'>
print(restored_payload["temperature"]) # 25.4

4. 【応用】数値データをそのままbytearrayに埋め込む（structモジュールの活用）

JSONは便利ですが、データサイズが大きくなりがちです。通信帯域が限られている組み込み機器（Raspberry Piやマイコンなど）とのシリアル通信では、「C言語の構造体」のように、数値（intやfloat）を直接バイト列として詰め込む手法がよく使われます。

これをPythonで実現するには、標準ライブラリの struct モジュールと bytearray を組み合わせます。

import struct

# 例：デバイスID(整数:4バイト) と 温度(浮動小数点:4バイト) を送る
device_id = 101
temperature = 25.4

# 'i'は4バイト整数、'f'は4バイト浮動小数点を意味するフォーマット文字
# struct.pack で bytes型が生成される
packed_data = struct.pack('if', device_id, temperature)

# bytesをbytearrayに変換して、後からヘッダー情報などを追加可能にする
packet = bytearray(packed_data)

# ヘッダーとしてパケットの先頭に特定の識別子（例: 0xFF）を追加
packet.insert(0, 0xFF)

print(packet) # bytearray(b'\xffe\x00\x00\x00\xcd\xcc\xcbA')

このように、用途に合わせてデータを柔軟にパッキングできるのが bytearray の真骨頂です。