詳細介紹Python使用struct處理二進位(pack和unpack用法)

有的時候需要用python處理二進位數據，比如，存取文件，socket操作時.這時候，可以使用python的struct模組來完成.可以用struct來處理c語言中的結構體.

struct模組中最重要的三個函數是pack(), unpack(), calcsize()

pack(fmt, v1, v2, ...)     依照給定的格式(fmt)，將資料封裝成字串(其實是類似c結構體的位元組流)

unpack(fmt, string)       依照給定的格式(fmt)解析位元組流string，回傳解析出來的tuple

calcsize(fmt)          

#calcsize(fmt)     定的格式(fmt)佔用多少位元組的記憶體

struct中支援的格式如下表：

For

mat  C Type  Python  位元組數

x   pad byte    no value    1

c   char    string of length 1  1

#c   char    string of length 1  1

b   signed char#1ed

##?   _Bool   bool    1

h   short   integer 2

H   unsigned short  integer 2

i   int int 4# # int or long 4

l   long    integer 4

L   unsigned long   long    4

q   long long  

f  

float

  float   4

d   double  float   8

s   char[]  string  1##p  char#p P   void *  long

註1.q和Q只在機器支援64位元操作時有意思

註2.每個格式前可以有一個數字，表示個數

註3.s格式表示一定長度的字串，4s表示長度為4的字串，但是p表示的是pascal字串

註4.P用來轉換一個指標，其長度和機器字長相關

註5.最後一個可以用來表示指標類型的，佔4個位元組

為了同c中的結構體交換數據，還要考慮有的c或c++編譯器使用了位元組對齊，通常是以4個位元組為單位的32位元系統，故而struct根據本地機器位元組順序轉換.可以用格式中的第一個字元來改變對齊方式定義如下：

Character   Byte order  Size and alignment

@   native  native            湊夠4個位元組# #<；按原始位元組數

使用方法是放在fmt的第一個位置，就像'@5s6sif'

範例1：

結構體如下：

struct Header
{
    unsigned short id;
    char[4] tag;
    unsigned int version;
    unsigned int count;
}

透過socket.recv接收了一個上面的結構體數據，存在字串s中，現在需要把它解析出來，可以使用unpack()函數：

import struct
id, tag, version, count = struct.unpack("!H4s2I", s)

上面的格式字串中，!表示我們要使用網路位元組順序解析，因為我們的資料是從網路接收到的，在網路上傳送的時候它是網路位元組順序的.後面的H表示一個unsigned short的id,4s表示4位元組長的字串，2I表示有兩個unsigned int型別的資料.

就透過一個unpack，現在id, tag, version, count裡已經保存好我們的資訊了.

同樣，也可以很方便的把本地資料再pack成struct格式：

ss = struct.pack("!H4s2I", id, tag, version, count);

pack函數就把id, tag, version, count按照指定的格式轉換成了結構體Header，ss現在是一個字串(其實是類似c結構體的位元組流)，可以透過socket.send(ss)把這個字串送出去。

範例2：

import struct
a=12.34
#将a变为二进制
bytes=struct.pack('i',a)

此時bytes就是一個string字串，字串以位元組同a的二進位儲存內容相同。

再進行反操作，現有二進位資料bytes，（其實就是字串），將它反過來轉換成python的

資料型別

：

#注意， unpack回傳的是tuple !!

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

如果是由多個資料構成的，可以這樣：

a='hello'
b='world!'
c=2
d=45.123
bytes=struct.pack('5s6sif',a,b,c,d)

此時的bytes就是二進位形式的資料了，可以直接寫入檔案例如binfile.write(bytes)

然後，當我們需要時可以再讀出來，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。

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