【笔记】Python Struct模块

—计算机中以字节为单位，每个地址对应一个字节，一个字节8bit。在计算机系统中，如果大于一个字节，就需要区分字节顺序。
大端和小端即网络字节序，顾名思义，当数据在网络上传输时使用什么样的方式排序。常见的字节顺序分为：大端(Big Endian)和小段（Litter Endian)。想要理解什么是大端和小端，首先需要明确下面几个概念

一、基础知识

1.高字节和低字节

在一个n进制中，最左边的位叫最高有效位，最右边的叫最低有效位。
举例说明：
十进制整数：123456789
二进制表示：0000 0111 0101 1011 1100 1101 0001 0101
十六进制表示：07 5B CD 15
按照从右向左的方向，二进制中，0101是低字节、0000是高字节；
十六进制中，15是低字节，07是高字节。

2. 高地址和低地址

在内存中，多字节对象都是被存储为连续的字节序列。假设将int整型在内存中的起始地址（首个字节存储位置）为0x1000，那么另外三个字节就存储在0x1001~0x1003。不管存储的字节顺序是怎样的，内存地址的分配都是从小到大的增长。其中0x1000称为低地址端，0x1003称为高地址端。

3.大端和小端

大端：高字节存放在低地址，低字节存放在高地址

小端：低字节存放在低地址，高字节存放在高地址

还是以上面的int 123456789为例，十六进制表示： 07　5B　CD　15

	内存地址（低——>高)	字节存储顺序
大端（Big Endian）	0x1000 0x1001 0x1002 0x1003 0x07 0x5B 0xCD 0x15	高字节存放在低地址,低字节存放在高地址
小端（Litter Endian）	0x1000 0x1001 0x1002 0x1003 0x15 0xCD 0x5B 0x07	低字节存放在低地址高字节存放在高地址

二、Struct模块

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 最常用的方法有两个：

1. struct.pack(fmt,v1,v2,…)
   返回的是一个字符串，是参数按照fmt数据格式组合而成
2. struct.unpack(fmt,string)
   按照给定数据格式解开(通常都是由struct.pack进行打包)数据，返回值是一个tuple
   
   

例子：

def demo1():
    import struct
    x = struct.unpack('<h', b'\xf0\xff')
    print('struct:', x)
def demo2():
    def hex_to_signed_dec(value):
        return -(value & 0x8000) | (value & 0x7fff)
    x= b'\xf0\xff'
    d1 = int('0xf0', 16)
    d2 = int('0xff', 16)
    d_dec = (d2 << 8) + d1
    print(hex_to_signed_dec(d_dec))
if __name__ == "__main__":
    demo1()   # struct: (-16,)
    demo2()  # -16

三、Python decoding

1. Python decode() 方法以 encoding 指定的编码格式解码字符串。默认编码为字符串编码。

• str.decode(encoding=‘UTF-8’,errors=‘strict’)
• encoding – 要使用的编码，如"UTF-8"。
• errors – 设置不同错误的处理方案。默认为 ‘strict’,意为编码错误引起一个UnicodeError。 其他可能得值有 ‘ignore’, ‘replace’, ‘xmlcharrefreplace’, ‘backslashreplace’ 以及通过 codecs.register_error() 注册的任何值。
  个人注解：常将收到的字节流bytes信息转化为str字符串，方便切分包头包数据。

同理有
2. Python encode() 方法以 encoding 指定的编码格式编码字符串。errors参数可以指定不同的错误处理方案。
str——bytes

     a = bytes.decode(encoding='ISO-8859-1')
     b = str(bytes,encoding='ISO-8859-1')
     a、b等价

encode：编码
decode：解码
python内部编码方式为unicode，decode将其他编码方式转换成unicode编码方式，encode将unicode转换成其他编码方式。
因此unicode相当于一个中转:
(1)decode->unicode->encode
(2)encode->unicode->decode

四、原码、反码、补码

1. 原码：原码是二进制数字的一种简单的表示法。二进制首位为符号位，1代表负，0代表正。
2. 反码：反码可由原码得到。如果是正数，反码与原码相同；如果是负数，反码是其原码（符号位除外）各位取反而得到的。
3. 补码：补码可由原码得到。如果是正数，补码与原码相同；如果是负数，补码是对其原码（除符号位外）各位取反，并在末位加1而得到的（有进位则进位，但不改变符号位）。

通常，整形数在内存中是以 补码 的形式存放的，输出的时候同样也是按照 补码 输出的。

总结