Python使用struct處理二進(jìn)制的實(shí)例詳解

有的時(shí)候需要用python處理二進(jìn)制數(shù)據(jù)，比如，存取文件，socket操作時(shí).這時(shí)候，可以使用python的struct模塊來(lái)完成.可以用 struct來(lái)處理c語(yǔ)言中的結(jié)構(gòu)體. 

• struct模塊中最重要的三個(gè)函數(shù)是pack(), unpack(), calcsize()
• pack(fmt, v1, v2, ...)     按照給定的格式(fmt)，把數(shù)據(jù)封裝成字符串(實(shí)際上是類似于c結(jié)構(gòu)體的字節(jié)流)
• unpack(fmt, string)       按照給定的格式(fmt)解析字節(jié)流string，返回解析出來(lái)的tuple
• calcsize(fmt)                 計(jì)算給定的格式(fmt)占用多少字節(jié)的內(nèi)存 
  

struct中支持的格式如下表：

注1.q和Q只在機(jī)器支持64位操作時(shí)有意思
注2.每個(gè)格式前可以有一個(gè)數(shù)字，表示個(gè)數(shù)
注3.s格式表示一定長(zhǎng)度的字符串，4s表示長(zhǎng)度為4的字符串，但是p表示的是pascal字符串
注4.P用來(lái)轉(zhuǎn)換一個(gè)指針，其長(zhǎng)度和機(jī)器字長(zhǎng)相關(guān)
注5.最后一個(gè)可以用來(lái)表示指針類型的，占4個(gè)字節(jié)

為了同c中的結(jié)構(gòu)體交換數(shù)據(jù)，還要考慮有的c或c++編譯器使用了字節(jié)對(duì)齊，通常是以4個(gè)字節(jié)為單位的32位系統(tǒng)，故而struct根據(jù)本地機(jī)器字節(jié)順序轉(zhuǎn)換.可以用格式中的第一個(gè)字符來(lái)改變對(duì)齊方式.定義如下：

使用方法是放在fmt的第一個(gè)位置，就像'@5s6sif' 

示例一：

比如有一個(gè)結(jié)構(gòu)體

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

通過(guò)socket.recv接收到了一個(gè)上面的結(jié)構(gòu)體數(shù)據(jù)，存在字符串s中，現(xiàn)在需要把它解析出來(lái)，可以使用unpack()函數(shù).

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

上面的格式字符串中，!表示我們要使用網(wǎng)絡(luò)字節(jié)順序解析，因?yàn)槲覀兊臄?shù)據(jù)是從網(wǎng)絡(luò)中接收到的，在網(wǎng)絡(luò)上傳送的時(shí)候它是網(wǎng)絡(luò)字節(jié)順序的.后面的H表示 一個(gè)unsigned short的id,4s表示4字節(jié)長(zhǎng)的字符串，2I表示有兩個(gè)unsigned int類型的數(shù)據(jù).

就通過(guò)一個(gè)unpack，現(xiàn)在id, tag, version, count里已經(jīng)保存好我們的信息了.

同樣，也可以很方便的把本地?cái)?shù)據(jù)再pack成struct格式.

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

pack函數(shù)就把id, tag, version, count按照指定的格式轉(zhuǎn)換成了結(jié)構(gòu)體Header，ss現(xiàn)在是一個(gè)字符串(實(shí)際上是類似于c結(jié)構(gòu)體的字節(jié)流)，可以通過(guò) socket.send(ss)把這個(gè)字符串發(fā)送出去.

示例二：

import struct
a=12.34
#將a變?yōu)槎M(jìn)制
bytes=struct.pack('i',a)

此時(shí)bytes就是一個(gè)string字符串，字符串按字節(jié)同a的二進(jìn)制存儲(chǔ)內(nèi)容相同。

再進(jìn)行反操作

現(xiàn)有二進(jìn)制數(shù)據(jù)bytes，（其實(shí)就是字符串），將它反過(guò)來(lái)轉(zhuǎn)換成python的數(shù)據(jù)類型：

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

注意，unpack返回的是tuple

所以如果只有一個(gè)變量的話：

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

那么，解碼的時(shí)候需要這樣

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

如果直接用a=struct.unpack('i',bytes)，那么 a=(12.34,) ，是一個(gè)tuple而不是原來(lái)的浮點(diǎn)數(shù)了。

如果是由多個(gè)數(shù)據(jù)構(gòu)成的，可以這樣：

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

此時(shí)的bytes就是二進(jìn)制形式的數(shù)據(jù)了，可以直接寫(xiě)入文件比如 binfile.write(bytes)

然后，當(dāng)我們需要時(shí)可以再讀出來(lái)，bytes=binfile.read()

再通過(guò)struct.unpack()解碼成python變量

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

'5s6sif'這個(gè)叫做fmt，就是格式化字符串，由數(shù)字加字符構(gòu)成，5s表示占5個(gè)字符的字符串，2i，表示2個(gè)整數(shù)等等，下面是可用的字符及類型，ctype表示可以與python中的類型一一對(duì)應(yīng)。

注意：二進(jìn)制文件處理時(shí)會(huì)碰到的問(wèn)題

我們使用處理二進(jìn)制文件時(shí)，需要用如下方法

binfile=open(filepath,'rb')  讀二進(jìn)制文件

binfile=open(filepath,'wb')  寫(xiě)二進(jìn)制文件

那么和binfile=open(filepath,'r')的結(jié)果到底有何不同呢？

不同之處有兩個(gè)地方：

第一，使用'r'的時(shí)候如果碰到'0x1A'，就會(huì)視為文件結(jié)束，這就是EOF。使用'rb'則不存在這個(gè)問(wèn)題。即，如果你用二進(jìn)制寫(xiě)入再用文本讀出的話，如果其中存在'0X1A'，就只會(huì)讀出文件的一部分。使用'rb'的時(shí)候會(huì)一直讀到文件末尾。

第二，對(duì)于字符串x='abc\ndef'，我們可用len(x)得到它的長(zhǎng)度為7，\n我們稱之為換行符，實(shí)際上是'0X0A'。當(dāng)我們用'w'即文本方式寫(xiě)的時(shí)候，在windows平臺(tái)上會(huì)自動(dòng)將'0X0A'變成兩個(gè)字符'0X0D'，'0X0A'，即文件長(zhǎng)度實(shí)際上變成8.。當(dāng)用'r'文本方式讀取時(shí)，又自動(dòng)的轉(zhuǎn)換成原來(lái)的換行符。如果換成'wb'二進(jìn)制方式來(lái)寫(xiě)的話，則會(huì)保持一個(gè)字符不變，讀取時(shí)也是原樣讀取。所以如果用文本方式寫(xiě)入，用二進(jìn)制方式讀取的話，就要考慮這多出的一個(gè)字節(jié)了。'0X0D'又稱回車符。linux下不會(huì)變。因?yàn)閘inux只使用'0X0A'來(lái)表示換行。

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