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struct
准确地讲,Python没有专门处理字节的数据类型。但由于b'str'可以表示字节,所以,字节数组=二进制str。而在C语言中,我们可以很方便地用struct、union来处理字节,以及字节和int,float的转换。
在Python中,比方说要把一个32位无符号整数变成字节,也就是4个长度的bytes,你得配合位运算符这么写:
n = 10240099
b1 = (n & 0xff000000) >> 24
b2 = (n & 0xff0000) >> 16
b3 = (n & 0xff00) >> 8
b4 = n & 0xff
bs = bytes([b1, b2, b3, b4])
print bs
运行结果:
b'\x00\x9c@c'
Process finished with exit code 0
非常麻烦。如果换成浮点数就无能为力了。
好在Python提供了一个struct模块来解决bytes和其他二进制数据类型的转换。
struct的pack函数把任意数据类型变成bytes:
print struct.pack('>I', 10240099)
运行结果:
b'\x00\x9c@c'
Process finished with exit code 0
pack的第一个参数是处理指令,'>I'的意思是:
表示字节顺序是big-endian,也就是网络序,I表示4字节无符号整数。
后面的参数个数要和处理指令一致。
unpack把bytes变成相应的数据类型:
print struct.unpack('>IH', b'\xf0\xf0\xf0\xf0\x80\x80')
运行结果:
(4042322160, 32896)
Process finished with exit code 0
根据>IH
的说明,后面的bytes
依次变为I
:4字节无符号整数和H
:2字节无符号整数。
所以,尽管Python不适合编写底层操作字节流的代码,但在对性能要求不高的地方,利用struct
就方便多了。
struct
模块定义的数据类型可以参考Python官方文档:
https://docs.python.org/3/library/struct.html#format-characters
Windows的位图文件(.bmp)是一种非常简单的文件格式,我们来用struct
分析一下。
首先找一个bmp文件,没有的话用“画图”画一个。
读入前30个字节来分析:
s = b'\x42\x4d\x38\x8c\x0a\x00\x00\x00\x00\x00\x36\x00\x00\x00\x28\x00\x00\x00\x80\x02\x00\x00\x68\x01\x00\x00\x01\x00\x18\x00'
BMP格式采用小端方式存储数据,文件头的结构按顺序如下:
两个字节:'BM'表示Windows位图,'BA'表示OS/2位图; 一个4字节整数:表示位图大小; 一个4字节整数:保留位,始终为0; 一个4字节整数:实际图像的偏移量; 一个4字节整数:Header的字节数; 一个4字节整数:图像宽度; 一个4字节整数:图像高度; 一个2字节整数:始终为1; 一个2字节整数:颜色数。
所以,组合起来用unpack读取:
print struct.unpack('<ccIIIIIIHH', s)
运行结果:
('B', 'M', 691256, 0, 54, 40, 640, 360, 1, 24)
Process finished with exit code 0
结果显示,b'B'、b'M'说明是Windows位图,位图大小为640x360,颜色数为24。
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