Python使用struct处理二进制(pack和unpack用法)

2024-08-16 01:03:52

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()

# 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)
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
unpack(fmt, string)  

# 计算给定的格式(fmt)占用多少字节的内存
calcsize(fmt)

上述fmt中，支持的格式为：

FORMAT	C TYPE	PYTHON TYPE	STANDARD SIZE	NOTES
x	pad byte	no value	-	-
c	char	string of length 1	1	-
b	signed char	integer	1	(3)
B	unsigned char	integer	1	(3)
?	_Bool	bool	1	(1)
h	short	integer	2	(3)
H	unsigned short	integer	2	(3)
i	int	integer	4	(3)
I	unsigned int	integer	4	(3)
l	long integer	4	(3)	-
L	unsigned long	integer	4	(3)
q	long long	integer	8	(2), (3)
Q	unsigned long long	integer	8	(2), (3)
f	float	float	4	(4)
d	double	float	8	(4)
s	char[]	string	-	-
p	char[]	string	-	-
P	void *	integer	-	(5), (3)

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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