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Python中struct模块对字节流/二进制流的操作教程

时间:2021-07-01 10:21:17 帮助过:15人阅读

最近在学习python网络编程这一块,在写简单的socket通信代码时,遇到了struct这个模块的使用,当时不太清楚这到底有和作用,后来查阅了相关资料大概了解了,这篇文章就主要介绍了Python中struct模块对字节流/二进制流的操作,需要的朋友可以参考借鉴。

前言

最近使用Python解析IDX文件格式的MNIST数据集,需要对二进制文件进行读取操作,其中我使用的是struct模块。查了网上挺多教程都写的挺好的,不过对新手不是很友好,所以我重新整理了一些笔记以供快速上手。

注:教程中以下四个名词同义:二进制流、二进制数组、字节流、字节数组

快速上手

在struct模块中,将一个整型数字、浮点型数字或字符流(字符数组)转换为字节流(字节数组)时,需要使用格式化字符串fmt告诉struct模块被转换的对象是什么类型,比如整型数字是'i',浮点型数字是'f',一个ascii码字符是's'。

def demo1():
 # 使用bin_buf = struct.pack(fmt, buf)将buf为二进制数组bin_buf
 # 使用buf = struct.unpack(fmt, bin_buf)将bin_buf二进制数组反转换回buf

 # 整型数 -> 二进制流
 buf1 = 256
 bin_buf1 = struct.pack('i', buf1) # 'i'代表'integer'
 ret1 = struct.unpack('i', bin_buf1)
 print bin_buf1, ' <====> ', ret1

 # 浮点数 -> 二进制流
 buf2 = 3.1415
 bin_buf2 = struct.pack('d', buf2) # 'd'代表'double'
 ret2 = struct.unpack('d', bin_buf2)
 print bin_buf2, ' <====> ', ret2

 # 字符串 -> 二进制流
 buf3 = 'Hello World'
 bin_buf3 = struct.pack('11s', buf3) # '11s'代表长度为11的'string'字符数组
 ret3 = struct.unpack('11s', bin_buf3)
 print bin_buf3, ' <====> ', ret3

 # 结构体 -> 二进制流
 # 假设有一个结构体
 # struct header {
 # int buf1;
 # double buf2;
 # char buf3[11];
 # }
 bin_buf_all = struct.pack('id11s', buf1, buf2, buf3)
 ret_all = struct.unpack('id11s', bin_buf_all)
 print bin_buf_all, ' <====> ', ret_all

输出结果如下:

Python中struct模块对字节流/二进制流的操作教程
demo1输出结果

详解struct模块

主要函数

struct模块中最重要的三个函数是pack() , unpack() , calcsize()

# 按照给定的格式化字符串,把数据封装成字符串(实际上是类似于c结构体的字节流)
string = struct.pack(fmt, v1, v2, ...)

# 按照给定的格式(fmt)解析字节流string,返回解析出来的tuple
tuple = unpack(fmt, string)

# 计算给定的格式(fmt)占用多少字节的内存
offset = calcsize(fmt)

struct中的格式化字符串

struct中支持的格式如下表:


FormatC TypePython字节数
xpad byteno value1
ccharstring of length 11
bsigned charinteger1
Bunsigned charinteger1
?_Boolbool1
hshortinteger2
Hunsigned shortinteger2
iintinteger4
Iunsigned intinteger or lon4
llonginteger4
Lunsigned longlong4
qlong longlong8
Qunsigned long longlong8
ffloatfloat4
ddoublefloat8
schar[]string1
pchar[]string1
Pvoid *long 

注1:q和Q只在机器支持64位操作时有意思

注2:每个格式前可以有一个数字,表示个数

注3:s格式表示一定长度的字符串,4s表示长度为4的字符串,但是p表示的是pascal字符串

注4:P用来转换一个指针,其长度和机器字长相关

注5:最后一个可以用来表示指针类型的,占4个字节

为了同c中的结构体交换数据,还要考虑有的c或c++编译器使用了字节对齐,通常是以4个字节为单位的32位系统,故而struct根据本地机器字节顺序转换.可以用格式中的第一个字符来改变对齐方式.定义如下:


CharacterByte orderSize and alignment
@nativenative 凑够4个字节
=nativestandard 按原字节数
<little-endianstandard 按原字节数
>big-endianstandard 按原字节数
!network (= big-endian)standard 按原字节数

使用方法是放在fmt的第一个位置,就像'@5s6sif'

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