Python使用struct处理二进制(pack和unpack用法)

有的时候需要用python处理二进制数据,比如,存取文件,socket操作时.这时候,可以使用python的struct模块来完成.可以用 struct来处理c语言中的结构体.

 


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


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


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


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

 


struct中支持的格式如下表:


Format  C Type  Python  字节数

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:

Character   Byte order  Size and alignment

@   native  native            凑够4个字节

=   native  standard        按原字节数

<   little-endian   standard        按原字节数

>   big-endian  standard       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’


例子1:


结构体如下:

struct Header
{
    unsigned short id;
    char[4] tag;
    unsigned int version;
    unsigned int count;
}

通过socket.recv接收到了一个上面的结构体数据,存在字符串s中,现在需要把它解析出来,可以使用unpack()函数:

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

上面的格式字符串中,!表示我们要使用网络字节顺序解析,因为我们的数据是从网络中接收到的,在网络上传送的时候它是网络字节顺序的.后面的H表示 一个unsigned short的id,4s表示4字节长的字符串,2I表示有两个unsigned int类型的数据.


就通过一个unpack,现在id, tag, version, count里已经保存好我们的信息了.


同样,也可以很方便的把本地数据再pack成struct格式:

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

pack函数就把id, tag, version, count按照指定的格式转换成了结构体Header,ss现在是一个字符串(实际上是类似于c结构体的字节流),可以通过 socket.send(ss)把这个字符串发送出去。


例子2:

import struct
a=12.34
#将a变为二进制
bytes=struct.pack('i',a)

此时bytes就是一个string字符串,字符串按字节同a的二进制存储内容相同。


再进行反操作,现有二进制数据bytes,(其实就是字符串),将它反过来转换成python的数据类型:


#注意,unpack返回的是tuple !!

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

如果是由多个数据构成的,可以这样:

a='hello'
b='world!'
c=2
d=45.123
bytes=struct.pack('5s6sif',a,b,c,d)

此时的bytes就是二进制形式的数据了,可以直接写入文件比如 binfile.write(bytes)


然后,当我们需要时可以再读出来,bytes=binfile.read()


再通过struct.unpack()解码成python变量:

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

’5s6sif’这个叫做fmt,就是格式化字符串,由数字加字符构成,5s表示占5个字符的字符串,2i,表示2个整数等等,下面是可用的字符及类型,ctype表示可以与python中的类型一一对应。


注意:二进制文件处理时会碰到的问题


我们使用处理二进制文件时,需要用如下方法:

binfile=open(filepath,'rb')    
#读二进制文件
binfile=open(filepath,'wb')   
#写二进制文件

那么和binfile=open(filepath,’r')的结果到底有何不同呢?


不同之处有两个地方:


第一,使用’r'的时候如果碰到’0x1A’,就会视为文件结束,这就是EOF。使用’rb’则不存在这个问题。即,如果你用二进制写入再用文本读出的话,如果其中存在’0X1A’,就只会读出文件的一部分。使用’rb’的时候会一直读到文件末尾。


第二,对于字符串x=’abc\ndef’,我们可用len(x)得到它的长度为7,\n我们称之为换行符,实际上是’0X0A’。当我们用’w'即文本方式写的时候,在windows平台上会自动将’0X0A’变成两个字符’0X0D’,’0X0A’,即文件长度实际上变成8.。当用’r'文本方式读取时,又自动的转换成原来的换行符。如果换成’wb’二进制方式来写的话,则会保持一个字符不变,读取时也是原样读取。所以如果用文本方式写入,用二进制方式读取的话,就要考虑这多出的一个字节了。’0X0D’又称回车符。linux下不会变。因为linux只使用’0X0A’来表示换行。


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