python struct 结构体

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python struct 结构体

2023-07-03 00:37| 来源: 网络整理| 查看: 265

import struct

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 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'

示例一：

比如有一个结构体

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.

示例二：

import struct a=12 #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：

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

注意，unpack返回的是tuple

所以如果只有一个变量的话：

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

那么，解码的时候需要这样

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,) ，是一个tuple而不是原来的浮点数了。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。

附加:

import struct # native byteorder buffer = struct.pack("ihb", 1, 2, 3) print repr(buffer) print struct.unpack("ihb", buffer) # data from a sequence, network byteorder data = [1, 2, 3] buffer = struct.pack("!ihb", *data) print repr(buffer) print struct.unpack("!ihb", buffer) Output: '\x01\x00\x00\x00\x02\x00\x03' (1, 2, 3) '\x00\x00\x00\x01\x00\x02\x03' (1, 2, 3)

首先将参数1,2,3打包，打包前1,2,3明显属于python数据类型中的integer,pack后就变成了C结构的二进制串，转成 python的string类型来显示就是　　'\x01\x00\x00\x00\x02\x00\x03'。由于本机是小端('little- endian',关于大端和小端的区别请参照这里,故而高位放在低地址段。i 代表C struct中的int类型，故而本机占4位，1则表示为01000000; h 代表C struct中的short类型，占2位，故表示为0200;同理b 代表C struct中的signed char类型，占1位，故而表示为03。

其他结构的转换也类似，有些特别的可以参考Manual。

在Format string 的首位，有一个可选字符来决定大端和小端，列表如下：

Character Byte order Size Alignment @ native native native = native standard none big-endian standard none ! network (= big-endian) standard none

还有一个标准的选项，被描述为：如果使用标准的，则任何类型都无内存对齐。

如果没有附加，默认为@，即使用本机的字符顺序(大端or小端)，对于C结构的大小和内存中的对齐方式也是与本机相一致的(native)，比如有的机器integer为2位而有的机器则为四位;有的机器内存对其位四位对齐，有的则是n位对齐(n未知，我也不知道多少)。

比如刚才的小程序的后半部分，使用的format string中首位为！，即为大端模式标准对齐方式，故而输出的为'\x00\x00\x00\x01 \x00\x02 \x03'，其中高位自己就被放在内存的高地址位了。

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Python struct模块

Python struct模块用处 struct模块中的函数格式化字符串对齐方式格式符 code使用示例 Python参考手册struct模块链接用处按照指定格式将Python数据转换为字符串,该字符串为字节流,如网络传输时,不能传输int,此时先将int转化为字节流,然后再发送; 按照指定格式将字节流转换为Python指定的数据类型; 处理二进制数据,如果用struct来处理文件的话,需要用’wb’,’rb’以二进制(字节流)写,读的方式来处理文件; 处理c语言中的结构体; struct模块中的函数函数 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，注意对齐方式格式化字符串

当打包或者解包的时,需要按照特定的方式来打包或者解包.该方式就是格式化字符串,它指定了数据类型,除此之外,还有用于控制字节顺序、大小和对齐方式的特殊字符.

对齐方式

为了同c中的结构体交换数据，还要考虑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 Alignment @(默认) 本机本机本机,凑够4字节 = 本机标准 none,按原字节数大端标准 none,按原字节数 ! network(大端) 标准 none,按原字节数

如果不懂大小端,见大小端参考网址.

格式符格式符 C语言类型 Python类型 Standard size x pad byte(填充字节) no value 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(大写的i) unsigned int integer 4 l(小写的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 p char[] string P void * long

注- -!

_Bool在C99中定义,如果没有这个类型,则将这个类型视为char,一个字节; q和Q只适用于64位机器; 每个格式前可以有一个数字,表示这个类型的个数,如s格式表示一定长度的字符串,4s表示长度为4的字符串;4i表示四个int; P用来转换一个指针,其长度和计算机相关; f和d的长度和计算机相关; code,使用示例 #!/usr/bin/python # -*- coding:utf-8 -*- '''测试struct模块''' from struct import * import array def fun_calcsize(): print 'ci:',calcsize('ci')#计算格式占内存大小 print '@ci:',calcsize('@ci') print '=ci:',calcsize('=ci') print '>ci:',calcsize('>ci') print 'ic') print 'ci: 5 ic: 5

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