Python struct 模块：解析与打包二进制数据的利器
Python struct 模块：解析与打包二进制数据的利器
在 Python 编程中，处理二进制数据是一项常见且重要的任务，尤其是在网络编程、文件操作等场景中。Python 的 struct 模块提供了强大的功能，能够将 Python 的数据类型与二进制数据进行相互转换，即把数据打包成二进制字节串，也能从二进制字节串中解析出数据。本文将详细介绍 struct 模块的使用方法、格式字符的含义以及实际应用场景，帮助你全面掌握这一模块。
文章目录
- Python struct 模块：解析与打包二进制数据的利器
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- 一、struct 模块基础概念
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- 1.1 模块作用
- 1.2 核心函数
- 二、格式字符串详解
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- 2.1 基本格式字符
- 2.2 字节序指示符
- 三、使用示例
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- 3.1 打包数据
- 3.2 解包数据
- 3.3 处理字节序
- 四、实际应用场景
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- 4.1 网络编程
- 4.2 二进制文件读写
- 五、总结
- TAG: Python、struct 模块、二进制数据处理、打包、解包、格式字符串、字节序
- 相关学习资源:
一、struct 模块基础概念
1.1 模块作用
struct 模块主要用于处理二进制数据的打包（将 Python 数据类型转换为二进制字节串）和解包（从二进制字节串中提取 Python 数据类型）。这在与底层系统交互、处理网络协议数据、读写二进制文件等场景中非常有用。
1.2 核心函数
struct.pack(format, v1, v2, ...)：根据指定的格式字符串format，将一系列 Python 值v1, v2, ...打包成一个二进制字节串。struct.unpack(format, buffer)：根据指定的格式字符串format，从二进制字节串buffer中解包出一系列 Python 值。struct.calcsize(format)：返回指定格式字符串format所对应的二进制数据的字节大小。
二、格式字符串详解
2.1 基本格式字符
| 格式字符 | C 类型 | Python 类型 | 字节数 |
|---|---|---|---|
x |
填充字节 | 无 | 1 |
c |
char |
长度为 1 的字节串 | 1 |
b |
signed char |
整数 | 1 |
B |
unsigned char |
整数 | 1 |
h |
short |
整数 | 2 |
H |
unsigned short |
整数 | 2 |
i |
int |
整数 | 4 |
I |
unsigned int |
整数 | 4 |
l |
long |
整数 | 4 |
L |
unsigned long |
整数 | 4 |
q |
long long |
整数 | 8 |
Q |
unsigned long long |
整数 | 8 |
f |
float |
浮点数 | 4 |
d |
double |
浮点数 | 8 |
s |
char[] |
字节串 | 指定长度 |
p |
char[] |
字节串 | 指定长度 |
2.2 字节序指示符
在处理多字节数据时，需要考虑字节序（大端或小端）。struct 模块提供了以下字节序指示符：
| 符号 | 字节序 | 说明 |
|---|---|---|
@ |
本机字节序 | 按照本机的字节序和对齐方式处理 |
= |
标准字节序 | 按照标准的字节序（通常是小端），不进行对齐 |
< |
小端字节序 | 低位字节在前 |
> |
大端字节序 | 高位字节在前 |
! |
网络字节序 | 等同于大端字节序，常用于网络编程 |
三、使用示例
3.1 打包数据
import struct
# 打包一个整数和一个浮点数
data = struct.pack('if', 10, 3.14)
print(data) # 输出打包后的二进制字节串
在这个示例中，'if' 是格式字符串，表示先打包一个整数（i），再打包一个浮点数（f）。
3.2 解包数据
import struct
# 打包数据
packed_data = struct.pack('if', 10, 3.14)
# 解包数据
unpacked_data = struct.unpack('if', packed_data)
print(unpacked_data) # 输出解包后的 Python 元组
这里使用相同的格式字符串 'if' 对之前打包的二进制字节串进行解包，得到一个包含整数和浮点数的元组。
3.3 处理字节序
import struct
# 以大端字节序打包一个整数
big_endian_data = struct.pack('>i', 12345)
print(big_endian_data)
# 以小端字节序打包同一个整数
little_endian_data = struct.pack(', 12345)
print(little_endian_data)
在这个示例中，通过 > 和 < 分别指定大端和小端字节序进行数据打包。
四、实际应用场景
4.1 网络编程
在网络编程中，数据通常以二进制形式传输。使用 struct 模块可以将 Python 数据类型打包成二进制字节串发送，也能从接收到的二进制数据中解包出 Python 数据。例如，在一个简单的 TCP 服务器和客户端程序中：
# 服务器端
import socket
import struct
server_socket = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)
server_socket.bind(('localhost', 8888))
server_socket.listen(1)
conn, addr = server_socket.accept()
data = conn.recv(1024)
unpacked_data = struct.unpack('if', data)
print(unpacked_data)
conn.close()
# 客户端
import socket
import struct
client_socket = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)
client_socket.connect(('localhost', 8888))
packed_data = struct.pack('if', 10, 3.14)
client_socket.sendall(packed_data)
client_socket.close()
4.2 二进制文件读写
在读写二进制文件时，struct 模块可以帮助我们准确地处理文件中的数据。例如，读取一个包含整数和浮点数的二进制文件：
import struct
# 写入二进制文件
with open('data.bin', 'wb') as f:
packed_data = struct.pack('if', 10, 3.14)
f.write(packed_data)
# 读取二进制文件
with open('data.bin', 'rb') as f:
data = f.read()
unpacked_data = struct.unpack('if', data)
print(unpacked_data)
五、总结
struct 模块是 Python 中处理二进制数据的重要工具，通过格式字符串和核心函数，能够方便地实现 Python 数据类型与二进制数据的相互转换。在网络编程、二进制文件读写等场景中，struct 模块发挥着关键作用。掌握 struct 模块的使用，有助于你更好地处理底层的二进制数据。
TAG: Python、struct 模块、二进制数据处理、打包、解包、格式字符串、字节序
相关学习资源:
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Python 官方文档 - struct：https://docs.python.org/3/library/struct.html
介绍：Python 官方提供的关于struct模块的详细文档，包含了模块的所有功能、格式字符的详细说明和丰富的示例代码，是学习struct模块的权威资料。 -
《Python 核心编程》
介绍：这本书对 Python 的各个方面进行了深入讲解，其中包括struct模块的使用。书中的示例和讲解有助于读者更好地理解和应用该模块。 -
Stack Overflow：https://stackoverflow.com/
介绍：一个知名的编程问答社区，在上面可以搜索到很多关于struct模块的实际应用问题和解决方案，还能与其他开发者交流经验。