Python字节流打包拆包

Python提供了一个struct模块用于打包拆包

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该模块的主要的方法:

  struct.pack(fmt,v1,v2,.....)

    将v1,v2等参数的值进行一层包装,包装的方法由fmt指定。被包装的参数必须严格符合fmt。最后返回一个包装后的字符串。

例如:

>>>import   struct
>>>a = 20
>>>b = 200
>>>buff = struct.pack('ii',a,b)   #转换成字节流,虽然还是字符串,但是可以用于封包传输
>>>print  len(buff)
8                                                   #可以看到长度为8个字节,正好是两个int型数据的长度
>>>print buff

#二进制是乱码
>>>print repr(buff)
'\x14\x00\x00\x00\xc8\x00\x00\x00'                #其中十六进制的 0x00000014,0x000000c8分别表示20和200
>>>

  struct.unpack(fmt,string)

    解包。用pack打包,然后就可以用unpack解包了。返回一个由解包数据(string)得到的一个元组(tuple),即使仅有一个数据也会被解包成        元组。其中len(string) 必须等于 calcsize(fmt)

例如:

>>>struct.unpack('ii',buff)#接上面的例子已有打包好的数据buff

(20,200)

>>>

  struct.calcsize(fmt)

    这个就是用来计算fmt格式所描述的结构的大小。

例如:

>>>struct.calcsize('ii')

8

>>>

  struct.unpack_from(fmt,string,offset)

    这个也是用来解包,与struct.unpack(fmt,string)类似,只是从参数string的偏移offset位置开始读

  struct.pack_into(fmt,string,offset,v1,v2,.....)

    这个也是用来打包,与struct.pack(fmt,v1,v2,.....)类似,只是从参数string的偏移offset位置开始写

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格式字符串(format string)由一个或多个格式字符(format characters)组成,对于这些格式字符的描述参照Python manual

如下:

Format C Type Python Notes
x pad byte no value  
c char string of length 1  
b signedchar integer  
B unsignedchar integer  
? _Bool bool (1)
h short integer  
H unsignedshort integer  
i int integer  
I unsignedint integer or long  
l long integer  
L unsignedlong long  
q longlong long (2)
Q unsignedlonglong long (2)
f float float  
d double float  
s char[] string  
p char[] string  
P void* long  

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一个例子

  1. <span style="font-size:13px;">import struct
  2. # native byteorder
  3. buffer = struct.pack("ihb", 1, 2, 3)
  4. print repr(buffer)
  5. print struct.unpack("ihb", buffer)
  6. # data from a sequence, network byteorder
  7. data = [1, 2, 3]
  8. buffer = struct.pack("!ihb", *data)
  9. print repr(buffer)
  10. print struct.unpack("!ihb", buffer) </span>

Output:

'\x01\x00\x00\x00\x02\x00\x03'
(1, 2, 3)
'\x00\x00\x00\x01\x00\x02\x03'
(1, 2, 3)

首先将参数1,2,3打包,打包前1,2,3明显属于python数据类型中的integer,pack后就变成了C结构的二进制串,转成python的string类型来显示就是  '\x01\x00\x00\x00\x02\x00\x03'。由于本机是小端('little-endian',关于大端和小端的区别请参照Google),故而高位放在低地址段。i 代表C struct中的int类型,故而本机占4位,1则表示为01000000;h 代表C struct中的short类型,占2位,故表示为0200;同理b 代表C struct中的signed char类型,占1位,故而表示为03。

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在Format string 的首位,有一个可选字符来决定大端和小端,列表如下:

Character Byte order Size and alignment
@ native native
= native standard
< little-endian standard
> big-endian standard
! network (= big-endian) standard

如果没有附加,默认为@,即使用本机的字符顺序(大端or小端),对于C结构的大小和内存中的对齐方式也是与本机相一致的(native),比如有的机器integer为2位而有的机器则为四位;有的机器内存对其位四位对齐,有的则是n位对齐(n未知,我也不知道多少)。

还有一个标准的选项,被描述为:如果使用标准的,则任何类型都无内存对齐。

下面是官方解释:

The module defines the following exception and functions:

exception struct.error

Exception raised on various occasions; argument is a string describing what is wrong.

struct.pack(fmtv1v2...)

Return a string containing the values v1, v2, ... packed according to the given format. The arguments must match the values required by the format exactly.

struct.pack_into(fmtbufferoffsetv1v2...)

Pack the values v1, v2, ... according to the given format, write the packed bytes into the writable buffer starting at offset. Note that the offset is a required argument.

New in version 2.5.

struct.unpack(fmtstring)

Unpack the string (presumably packed by pack(fmt, ...)) according to the given format. The result is a tuple even if it contains exactly one item. The string must contain exactly the amount of data required by the format (len(string) must equalcalcsize(fmt)).

struct.unpack_from(fmtbuffer[, offset=0])

Unpack the buffer according to the given format. The result is a tuple even if it contains exactly one item. The buffer must contain at least the amount of data required by the format (len(buffer[offset:]) must be at least calcsize(fmt)).

New in version 2.5.

struct.calcsize(fmt)

Return the size of the struct (and hence of the string) corresponding to the given format.

比如刚才的小程序的后半部分,使用的format string中首位为!,即为大端模式标准对齐方式,故而输出的为'\x00\x00\x00\x01\x00\x02\x03',其中高位自己就被放在内存的高地址位了。

实际使用范例,解析二进制byte数组:

DateTime = struct.unpack_from('I',inData,1+singleLong*i)
dateList.append(DateTime[0])
#print(DateTime)
#时间点的数据
for j in range(0,ValueNum):
dataInTimeTemp = struct.unpack_from('I',inData,5+singleLong*i+DataByteLen*j)
# if PrecisionLen>=0: #精度计算后的结果 ,可以先无视
# dataInTime = dataInTimeTemp[0] / math.pow(10,PrecisionLen) #寻找最大值
dataList.append(dataInTimeTemp[0])
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