目录

1. Python struct库
   1. 主要功能
   2. 大端、小端
      1. 大端Big-endian
      2. 小端Little-endian
      3. 应用场景
   3. 常用函数
      1. 1. struct.pack(fmt, v1, v2, ...)
      2. 2. struct.unpack(fmt, string)
      3. 3. struct.calcsize(fmt)
   4. 格式字符
   5. 字节顺序
   6. 示例应用
      1. 处理不同字节序

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：

字节顺序

格式字符串的第一个字符可以用来指定字节顺序：

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'

:::tip[注意事项]

1. 对齐问题：默认情况下，struct模块会按照C编译器的对齐规则来打包数据。如果需要精确控制字节位置，可以使用标准大小（如<、>、!前缀）。

2. 字符串处理：使用s格式字符时，需要指定固定长度，如10s表示10字节的字符串。 :::

struct模块是Python中处理二进制数据的强大工具，特别适合需要与C语言结构体交互、处理二进制文件格式或实现网络协议的场景。通过合理使用格式字符和字节顺序控制，可以高效地在Python值和二进制数据之间进行转换。