怎么使用Python读写二进制文件

1. 简介

Python 读写文件的二进制数据需要使用到struct模块，进行C/C++与Python数据格式的转换。

2. struct模块介绍

struct模块中最常用的函数为pack和unpack，用法如下：

函数	return	explain
pack(fmt,v1,v2…)	string	按照给定的格式(fmt),把数据转换成字符串(字节流),并将该字符串返回.
pack_into(fmt,buffer,offset,v1,v2…)	None	按照给定的格式(fmt),将数据转换成字符串(字节流),并将字节流写入以offset开始的buffer中.(buffer为可写的缓冲区,可用array模块)
unpack(fmt,v1,v2……)	tuple	按照给定的格式(fmt)解析字节流,并返回解析结果
pack_from(fmt,buffer,offset)	tuple	按照给定的格式(fmt)解析以offset开始的缓冲区,并返回解析结果
calcsize(fmt)	size of fmt	计算给定的格式(fmt)占用多少字节的内存，注意对齐方式

3. struct模块中数据格式fmt对应C/C++和Python中的类型

Format	C Type	Python type	Standard size
x	pad byte	no value
c	char	string of length	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	4
l	long	integer	4
L	unsigned long	integer	4
q	long long	integer	8
Q	unsigned long long	integer	8
f	float	float	4
d	double	float	8
s	char[]	string
p	char[]	string
P	void *	integer

4. 实例

注意：代码中，<表示小端，>表示大端

import struct

# 打开文件
with open("binary_file.bin", "wb") as f:

    # 写入4个字节的整数（值为12345）
    int_value = 12345
    f.write(struct.pack("<i", int_value))

    # 写入8个字节的双精度浮点数（值为3.14159）
    double_value = 3.14159
    f.write(struct.pack("<d", double_value))

    # 写入一个字节的布尔值（值为True）
    bool_value = True
    f.write(struct.pack("<?", bool_value))

    # 写入一个定长字符串（10个字符，值为"hello"）
    string_value = "hello".encode("utf-8")
    f.write(struct.pack("<5s", string_value))

    # 写入一个定长字节数组（20个字节，值为b"\x01\x02\x03...\x14"）
    byte_array_value = bytes(range(1, 21))
    f.write(struct.pack("<20s", byte_array_value))

    f.close()

# 打开文件
with open("binary_file.bin", "rb") as f:

    # 读取4个字节，解析成一个整数
    int_value = struct.unpack("<i", f.read(4))[0]
    
    # 读取8个字节，解析成一个双精度浮点数
    double_value = struct.unpack("<d", f.read(8))[0]

    # 读取一个字节，解析成一个布尔值
    bool_value = struct.unpack("<?", f.read(1))[0]

    # 读取一个字符串，解析成一个定长字符串（10个字符）
    string_value = struct.unpack("<5s", f.read(5))[0].decode("utf-8")

    # 读取一个字节数组，解析成一个定长字节数组（20个字节）
    byte_array_value = struct.unpack("<20s", f.read(20))[0]

    # 打印结果
    print(f"int_value: {int_value}")
    print(f"double_value: {double_value}")
    print(f"bool_value: {bool_value}")
    print(f"string_value: {string_value}")
    print(f"byte_array_value: {byte_array_value}")

    f.close()

5. Python 字符串前面加u,r,b,f的含义

5.1. 字符串前加u

后面字符串以 Unicode格式进行编码，一般用在中文字符串前面，防止因为源码储存格式问题，导致再次使用时出现乱码。

str= u'hello'

5.2. 字符串前加r

去掉反斜杠的转移机制。（特殊字符：即那些，反斜杠加上对应字母，表示对应的特殊含义的，比如最常见的”\n”表示换行，”\t”表示Tab等。 ）

str= r'hello\n\t\n'

5.3. 字符串前加b

表示该字符串是bytes 类型。

bytes = b'hello'

在 Python3 中，bytes 和 str 的互相转换方式是

str.encode(‘utf-8')
bytes.decode(‘utf-8')

5.4. 字符串前加f

以 f 开头表示在字符串内支持大括号内的python 表达式,字符串拼接

name = 'Lily'
print(f'My name is {name}.')

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