Python使用struct文章汇集

本文介绍Python中struct模块的基本用法,包括pack(), unpack(), calcsize()等函数的使用,以及如何处理C语言结构体数据。同时提供具体示例说明如何打包和解包二进制数据。

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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
< 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'
 

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=12.34

#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。


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。

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




<think>我们正在讨论如何使用Pythonstruct模块打包数据类(dataclasses)。struct模块用于在Python值和C结构体之间进行转换,特别是在处理二进制数据时非常有用。数据类(通过dataclasses模块)提供了一种简洁的方式来定义类,主要用于存储数据。关键点:1.struct模块的pack函数需要格式字符串和相应的值。2.数据类(dataclass)是一个包含多个字段的类,我们需要将这些字段按照struct的格式字符串进行打包。步骤: -定义数据类(使用dataclasses.dataclass装饰器)。 -将数据类的实例转换为适合struct.pack的元组(按照格式字符串的顺序)。 -使用struct.pack进行打包。注意:struct模块处理的是基本数据类型(如整数、浮点数、定长字符串等),因此数据类的字段应该是这些基本类型或者可以转换为这些类型的结构。示例:假设我们有一个数据类,表示一个网络数据包的头,包含一个无符号短整型('H')、一个无符号整型('I')和一个定长字符串(比如10个字符,用'10s')。引用说明:根据引用[1],struct模块的pack方法需要格式字符串和对应的值,格式字符串定义了数据的布局和每个字段的类型。同时,引用[2]和[4]提到Python中数据属性可以被直接访问,因此我们可以直接读取数据类实例的属性来获取值。实现:1.定义数据类。2.定义一个函数(或方法)将数据类实例转换为元组(字段顺序必须与格式字符串一致)。3.使用struct.pack进行打包。注意:如果数据类中包含非基本类型(如列表、其他类实例等),则需要先将其转换为基本类型。对于字符串,我们需要确保它是字节字符串(bytes)并且长度固定(可以使用`encode`并截断或填充到固定长度)。示例代码:下面是一个具体的例子。</think>### 使用 Python struct 模块打包数据类 Python 的 `struct` 模块用于处理二进制数据与 Python 值之间的转换,特别适合处理网络协议、文件格式等场景。当需要打包数据类(data classes)时,需遵循以下步骤: #### 1. **定义数据类结构** ```python from dataclasses import dataclass @dataclass class NetworkPacket: packet_type: int # 1字节无符号整数 timestamp: float # 4字节浮点数 device_id: int # 4字节有符号整数 status: bytes # 4字节定长字符串(需编码为bytes) ``` #### 2. **设计打包格式字符串** 根据数据类型选择对应的格式字符: - `B`: 无符号字符 (1字节) - `f`: 单精度浮点数 (4字节) - `i`: 有符号整数 (4字节) - `4s`: 4字节字节串 对应格式字符串:`"B f i 4s"` > 格式字符串规则详见 Python 官方文档[^1] #### 3. **实现打包逻辑** ```python import struct def pack_packet(packet: NetworkPacket) -> bytes: # 确保字符串编码为定长字节串 if len(packet.status) > 4: raise ValueError("Status exceeds 4 bytes") encoded_status = packet.status.encode().ljust(4, b'\x00') # 使用struct.pack进行二进制打包 return struct.pack( "B f i 4s", # 格式字符串 packet.packet_type, packet.timestamp, packet.device_id, encoded_status ) ``` #### 4. **使用示例** ```python packet = NetworkPacket( packet_type=0x01, timestamp=1625097600.0, device_id=1001, status="OK" ) binary_data = pack_packet(packet) print(f"Packed data: {binary_data}") # 输出: b'\x01\x00\x00\x00\x00\xa0\xd8\xd0A\xe9\x03\x00\x00OK\x00\x00' ``` #### 关键注意事项: 1. **字节对齐** 使用 `@` 前缀保证本机对齐(默认),或 `=` 前缀强制标准对齐 ```python struct.pack("@B f i 4s", ...) # 本机对齐 ``` 2. **数据类型匹配** Python 数据类中的类型必须与格式字符串严格匹配,如 `int` 需对应 `i` 或 `I`(有符号/无符号) 3. **字符串处理** 所有字符串需显式编码为字节串(`.encode()`),并确保长度匹配格式声明 4. **大小端控制** 通过格式字符串前缀指定字节序: - `>`: 大端序 - `<`: 小端序 ```python struct.pack(">B f i 4s", ...) # 网络序(大端) ``` > Python 数据类本身不强制数据隐藏(引用[2][4]),因此可直接访问字段进行打包操作
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