Python中struct模块对字节流/二进制流的操作教程

高洛峰
发布: 2017-02-20 10:46:06
原创
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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, &#39; <====> &#39;, ret1

 # 浮点数 -> 二进制流
 buf2 = 3.1415
 bin_buf2 = struct.pack(&#39;d&#39;, buf2) # &#39;d&#39;代表&#39;double&#39;
 ret2 = struct.unpack(&#39;d&#39;, bin_buf2)
 print bin_buf2, &#39; <====> &#39;, ret2

 # 字符串 -> 二进制流
 buf3 = &#39;Hello World&#39;
 bin_buf3 = struct.pack(&#39;11s&#39;, buf3) # &#39;11s&#39;代表长度为11的&#39;string&#39;字符数组
 ret3 = struct.unpack(&#39;11s&#39;, bin_buf3)
 print bin_buf3, &#39; <====> &#39;, 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(&#39;id11s&#39;, buf1, buf2, buf3)
 ret_all = struct.unpack(&#39;id11s&#39;, bin_buf_all)
 print bin_buf_all, &#39; <====> &#39;, ret_all
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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)
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struct中的格式化字符串

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 lon 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-endianstandard 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'

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