Python struct库#

struct 模块提供了在 Python 值和 C 结构体之间转换的二进制数据的打包和解包功能。它主要用于处理二进制数据文件、网络协议等场景。 struct是python的内置模块，无需额外下载

主要功能#

struct模块主要提供以下功能：

将Python数据类型打包成二进制字符串
将二进制数据解包为Python数据类型
处理不同字节序（大端、小端）的数据

大端、小端#

给不了解的朋友介绍一下大端和小端

大端Big-endian和小端Little-endian是我们计算机存储多字节数据时采用的不同方式，它们描述了数据在内存中的排列顺序，也就是从左到右或从右到左的顺序。
有趣的是，大端小端的术语其实来自于《格列佛游记》中两个派别关于应该从哪一端打破鸡蛋的争论。

大端`Big-endian`#

将数据的高位字节存储在低地址，低位字节存储在高地址
更符合人类从左到右的阅读直觉，阅读时先看到高位

小端`Little-endian`#

将数据的低位字节存储在低地址，高位字节存储在高地址
这种模式对计算机处理起来更方便，因为从低地址开始可以立即处理低位数据

例如：

1
>>> struct.pack('<I', 900).hex() # 小端
2
'84030000'
3
>>> struct.pack('>I', 900).hex() # 大端
4
'00000384'

应用场景#

1.硬件架构#

大部分主流架构如x86、x86-64、ARM采用小端
部分ARM架构可以配置字节顺序

2.文件格式#

不同文件格式使用不同字节序
- PNG、JPEG、GIF：使用大端
- BMP：使用小端
- TIFF：可选择大端或小端，在文件头中标识

常用函数#

1. `struct.pack(fmt, v1, v2, ...)`#

将值按照指定的格式(fmt)打包成二进制数据。

1
>>> struct.pack('if', 42, 3.14)
2
b'*\x00\x00\x00\xc3\xf5H@'
3
>>> struct.pack('>i', 900)
4
b'\x00\x00\x03\x84'
5
>>> struct.pack('>i', 900).hex()
6
'00000384'

2. `struct.unpack(fmt, string)`#

将二进制数据按照指定的格式(fmt)解包为Python值。

1
>>> struct.unpack('if', b'*\x00\x00\x00\xc3\xf5H@')
2
(42, 3.140000104904175)
3
>>> struct.unpack('>i', b'\x00\x00\x03\x84')
4
(900,)

3. `struct.calcsize(fmt)`#

计算按照给定格式打包后的二进制数据大小（字节数）。

1
>>> struct.calcsize('if')
2
8
3
>>> struct.calcsize('i')
4
4
5
>>> struct.calcsize('iI')
6
8

格式字符#

格式字符用于指定数据类型和大小：

字符	C类型	Python类型	大小(字节)
`c`	char	长度为1的字符串	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
`p`	char[]	字节串
`P`	void*	整数

字节顺序#

格式字符串的第一个字符可以用来指定字节顺序：

字符	字节顺序	对齐方式
`@`	本机	本机
`=`	本机	标准
`<`	小端	标准
`>`	大端	标准
`!`	网络(大端)	标准

示例应用#

处理不同字节序#

1
>>> value = 0x12345678 # 创建一个32位整数 0x12345678
2
>>>
3
>>> struct.pack('<I', value).hex() # 小端
4
'78563412'
5
>>> struct.pack('>I', value).hex() # 大端
6
'12345678'
7
>>> struct.pack('@I', value).hex() # 输出取决于系统架构
8
'78563412'