Python struct简介
在C语言的学习中，我们接触到了结构体。Python 的 struct 模块用于在 Python 中处理 C 语言风格的结构化数据。它允许用户将 Python 中的数据打包成字节流，或者从字节流中解包数据，这对于文件读写、网络通信以及与其他编程语言的交互非常有用。
产生背景
- 跨语言数据交换: 在许多应用中，Python 程序需要与其他使用不同语言（如 C 或 C++）编写的程序进行数据交换。由于不同语言的数据表示方式不同，需要一种通用的方式来表示和传输数据，struct 模块正是为此而生。
- 字节序和数据对齐: 不同的计算机体系结构可能使用不同的字节序（大端或小端），并且数据对齐方式可能不同。struct 模块允许显式指定字节序和对齐方式，以确保在不同平台上数据的正确解析。
- 高效的二进制数据处理: 在处理大型二进制文件或通过网络发送二进制数据时，需要一种高效的方法来打包和解包数据，而不是逐字节处理。
使用场景
- 文件I/O: 读取和写入二进制文件，尤其是那些遵循特定结构或协议的文件格式。
- 网络通信: 在通过套接字发送和接收数据时，通常需要以字节流的形式打包和解包数据。
- 嵌入式系统: 在与硬件设备通信时，数据通常以二进制格式发送和接收。
- 与C语言交互: 在需要与 C 语言编写的库或程序进行数据交换时，struct 模块可以帮助将数据格式化为 C 语言所需的格式。
Python struct使用
struct 模块提供了几个关键的函数：
- pack(format, v1, v2, …)：将Python值打包成二进制数据。
- unpack(format, buffer)：将二进制数据解包成Python值。
- calcsize(format)：计算格式字符串描述的结构的大小。
struct.pack(fmt, v1, v2, …)
将 Python 值 v1, v2, … 根据格式化字符串 fmt 打包成二进制数据。
- fmt：格式化字符串，指定如何打包数据。
- v1, v2, …：要打包的值。
格式化字符串的常用格式：
- ‘b’：带符号字节（1 字节）
- ‘B’：无符号字节（1 字节）
- ‘h’：带符号短整数（2 字节）
- ‘H’：无符号短整数（2 字节）
- ‘i’：带符号整数（4 字节）
- ‘I’：无符号整数（4 字节）
- ‘f’：浮点数（4 字节）
- ‘d’：双精度浮点数（8 字节）
- ‘s’：字符串
示例：
import struct
# 打包数据
packed_data = struct.pack('iif', 1, 2, 3.14)
print(packed_data) # 输出: b'\x01\x00\x00\x00\x02\x00\x00\x00\xcd\xcc\x0c@'
struct.unpack(fmt, buffer)
从 buffer 中解包数据，根据格式化字符串 fmt 返回一个元组。
- fmt：格式化字符串，指定如何解包数据。
- buffer：要解包的二进制数据。
示例：
import struct
# 打包数据
packed_data = struct.pack('iif', 1, 2, 3.14)
# 解包数据
unpacked_data = struct.unpack('iif', packed_data)
print(unpacked_data) # 输出: (1, 2, 3.140000104904175)
struct.calcsize(fmt)
返回给定格式化字符串 fmt 所需的字节数。这对于确定数据结构的大小非常有用。
- fmt：格式化字符串。
示例：
import struct
size = struct.calcsize('iif')
print(size) # 输出: 12 (4 字节整数 + 4 字节整数 + 4 字节浮点数)
格式化字符串的语法
- ‘<‘：小端字节序（Least significant byte first）
- ‘>’：大端字节序（Most significant byte first）
- ‘!’：网络字节序（Big-endian）
格式化字符的组合定义了数据的布局。例如，’iif’ 表示两个整数和一个浮点数，'<2if’ 表示一个小端字节序的整数、一个小端字节序的整数和一个小端字节序的浮点数。
完整示例
# 打包数据
data = struct.pack('!I4sh', 1024, b'test', 8)
print(data) # 输出二进制数据
# 解包数据
unpacked_data = struct.unpack('!I4sh', data)
print(unpacked_data) # 输出 (1024, b'test', 8)
在这个例子中，’!I4sh’ 是格式字符串，其中：
- !表示网络字节序（大端）。
- I表示一个无符号整型（4字节）。
- 4s表示一个4字节的字符串。
- h表示一个短整型（2字节）。
通过使用 struct 模块，Python 程序可以方便地在不同平台和语言之间传输和解析二进制数据。
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