Python使用struct處理二進制

有的時候須要用python處理二進制數據，好比，存取文件，socket操做時.這時候，可使用python的struct模塊來完成.能夠用 struct來處理c語言中的結構體.
 

struct模塊中最重要的三個函數是pack(), unpack(), calcsize()

pack(fmt, v1, v2, ...)     按照給定的格式(fmt)，把數據封裝成字符串(其實是相似於c結構體的字節流)

unpack(fmt, string)       按照給定的格式(fmt)解析字節流string，返回解析出來的tuple

calcsize(fmt)                 計算給定的格式(fmt)佔用多少字節的內存
 

struct中支持的格式以下表：

Format

C Type

Python

字節數

x

pad byte

no value

1

c

char

string of length 1

1

b

signed char

integer

1

B

unsigned char

integer

1

?

_Bool

bool

1

h

short

integer

2

H

unsigned short

integer

2

i

int

integer

4

I

unsigned int

integer or long

4

l

long

integer

4

L

unsigned long

long

4

q

long long

long

8

Q

unsigned long long

long

8

f

float

float

4

d

double

float

8

s

char[]

string

1

p

char[]

string

1

P

void *

long

注1.q和Q只在機器支持64位操做時有意思

注2.每一個格式前能夠有一個數字，表示個數

注3.s格式表示必定長度的字符串，4s表示長度爲4的字符串，可是p表示的是pascal字符串

注4.P用來轉換一個指針，其長度和機器字長相關

注5.最後一個能夠用來表示指針類型的，佔4個字節
 

爲了同c中的結構體交換數據，還要考慮有的c或c++編譯器使用了字節對齊，一般是以4個字節爲單位的32位系統，故而struct根據本地機器字節順序轉換.能夠用格式中的第一個字符來改變對齊方式.定義以下：

Character

Byte order

Size and alignment

@

native

native            湊夠4個字節

=

native

standard        按原字節數

<

little-endian

standard        按原字節數

big-endian

standard       按原字節數

!

network (= big-endian)

standard       按原字節數

使用方法是放在fmt的第一個位置，就像'@5s6sif'
 

示例一：

好比有一個結構體

struct Header

{

    unsigned short id;

    char[4] tag;

    unsigned int version;

    unsigned int count;

}

經過socket.recv接收到了一個上面的結構體數據，存在字符串s中，如今須要把它解析出來，可使用unpack()函數.

import struct

id, tag, version, count = struct.unpack("!H4s2I", s)

上面的格式字符串中，!表示咱們要使用網絡字節順序解析，由於咱們的數據是從網絡中接收到的，在網絡上傳送的時候它是網絡字節順序的.後面的H表示 一個unsigned short的id,4s表示4字節長的字符串，2I表示有兩個unsigned int類型的數據.
就經過一個unpack，如今id, tag, version, count裏已經保存好咱們的信息了.

一樣，也能夠很方便的把本地數據再pack成struct格式.

ss = struct.pack("!H4s2I", id, tag, version, count);

pack函數就把id, tag, version, count按照指定的格式轉換成告終構體Header，ss如今是一個字符串(其實是相似於c結構體的字節流)，能夠經過 socket.send(ss)把這個字符串發送出去.

示例二：

import struct

a=12.34

將a變爲二進制

bytes=struct.pack('i',a)

此時bytes就是一個string字符串，字符串按字節同a的二進制存儲內容相同。

再進行反操做

現有二進制數據bytes，（其實就是字符串），將它反過來轉換成python的數據類型：

a,=struct.unpack('i',bytes)

注意，unpack返回的是tuple

因此若是隻有一個變量的話：

bytes=struct.pack('i',a)

那麼，解碼的時候須要這樣

a,=struct.unpack('i',bytes) 或者 (a,)=struct.unpack('i',bytes)

若是直接用a=struct.unpack('i',bytes)，那麼 a=(12.34,) ，是一個tuple而不是原來的浮點數了。

若是是由多個數據構成的，能夠這樣：

a='hello'

b='world!'

c=2

d=45.123

bytes=struct.pack('5s6sif',a,b,c,d)

此時的bytes就是二進制形式的數據了，能夠直接寫入文件好比 binfile.write(bytes)

而後，當咱們須要時能夠再讀出來，bytes=binfile.read()

再經過struct.unpack()解碼成python變量

a,b,c,d=struct.unpack('5s6sif',bytes)

'5s6sif'這個叫作fmt，就是格式化字符串，由數字加字符構成，5s表示佔5個字符的字符串，2i，表示2個整數等等，下面是可用的字符及類型，ctype表示能夠與python中的類型一一對應。

注意：二進制文件處理時會碰到的問題

咱們使用處理二進制文件時，須要用以下方法

binfile=open(filepath,'rb')    讀二進制文件

binfile=open(filepath,'wb')    寫二進制文件

那麼和binfile=open(filepath,'r')的結果到底有何不一樣呢？

不一樣之處有兩個地方：

第一，使用'r'的時候若是碰到'0x1A'，就會視爲文件結束，這就是EOF。使用'rb'則不存在這個問題。即，若是你用二進制寫入再用文本讀出的話，若是其中存在'0X1A'，就只會讀出文件的一部分。使用'rb'的時候會一直讀到文件末尾。

第二，對於字符串x='abcndef'，咱們可用len(x)獲得它的長度爲7，n咱們稱之爲換行符，其實是'0X0A'。當咱們用'w'即文本方式寫的時候，在windows平臺上會自動將'0X0A'變成兩個字符'0X0D'，'0X0A'，即文件長度實際上變成8.。當用'r'文本方式讀取時，又自動的轉換成原來的換行符。若是換成'wb'二進制方式來寫的話，則會保持一個字符不變，讀取時也是原樣讀取。因此若是用文本方式寫入，用二進制方式讀取的話，就要考慮這多出的一個字節了。'0X0D'又稱回車符。linux下不會變。由於linux只使用'0X0A'來表示換行。

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