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Python使用struct处理二进制

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发布于 2014/04/22 00:11
字数 1444
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1.基本知识

1.1格式处理

   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位操作时有意义

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

1.2对齐处理

   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
< little-endian 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'

2.使用举例

2.1 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.

2.2 例二

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:
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=(12.34,) ,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。

3.二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?

  1. 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

  2. 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.



本文转载自:http://www.cnblogs.com/gala/archive/2011/09/22/2184801.html

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