最近在學(xué)習(xí)python網(wǎng)絡(luò)編程這一塊，在寫簡(jiǎn)單的socket通信代碼時(shí)，遇到了struct這個(gè)模塊的使用，當(dāng)時(shí)不太清楚這到底有和作用，后來查閱了相關(guān)資料大概了解了，在這里做一下簡(jiǎn)單的總結(jié)。

了解c語言的人，一定會(huì)知道struct結(jié)構(gòu)體在c語言中的作用，它定義了一種結(jié)構(gòu)，里面包含不同類型的數(shù)據(jù)(int,char,bool等等)，方便對(duì)某一結(jié)構(gòu)對(duì)象進(jìn)行處理。而在網(wǎng)絡(luò)通信當(dāng)中，大多傳遞的數(shù)據(jù)是以二進(jìn)制流（binary data）存在的。當(dāng)傳遞字符串時(shí)，不必?fù)?dān)心太多的問題，而當(dāng)傳遞諸如int、char之類的基本數(shù)據(jù)的時(shí)候，就需要有一種機(jī)制將某些特定的結(jié)構(gòu)體類型打包成二進(jìn)制流的字符串然后再網(wǎng)絡(luò)傳輸，而接收端也應(yīng)該可以通過某種機(jī)制進(jìn)行解包還原出原始的結(jié)構(gòu)體數(shù)據(jù)。python中的struct模塊就提供了這樣的機(jī)制，該模塊的主要作用就是對(duì)python基本類型值與用python字符串格式表示的C struct類型間的轉(zhuǎn)化（This module performs conversions between Python values and C structs represented as Python strings.）。stuct模塊提供了很簡(jiǎn)單的幾個(gè)函數(shù)，下面寫幾個(gè)例子。

該模塊作用是完成Python數(shù)值和C語言結(jié)構(gòu)體的Python字符串形式間的轉(zhuǎn)換。這可以用于處理存儲(chǔ)在文件中或從網(wǎng)絡(luò)連接中存儲(chǔ)的二進(jìn)制數(shù)據(jù)，以及其他數(shù)據(jù)源。

用途: 在Python基本數(shù)據(jù)類型和二進(jìn)制數(shù)據(jù)之間進(jìn)行轉(zhuǎn)換

struct模塊提供了用于在字節(jié)字符串和Python原生數(shù)據(jù)類型之間轉(zhuǎn)換函數(shù)，比如數(shù)字和字符串。

模塊函數(shù)和Struct類

它除了提供一個(gè)Struct類之外，還有許多模塊級(jí)的函數(shù)用于處理結(jié)構(gòu)化的值。這里有個(gè)格式符(Format specifiers)的概念，是指從字符串格式轉(zhuǎn)換為已編譯的表示形式，類似于正則表達(dá)式的處理方式。通常實(shí)例化Struct類，調(diào)用類方法來完成轉(zhuǎn)換，比直接調(diào)用模塊函數(shù)有效的多。下面的例子都是使用Struct類。

Packing（打包）和Unpacking（解包）

Struct支持將數(shù)據(jù)packing(打包)成字符串，并能從字符串中逆向unpacking(解壓)出數(shù)據(jù)。

在本例中，格式指定器(specifier)需要一個(gè)整型或長(zhǎng)整型，一個(gè)兩個(gè)字節(jié)的string,和一個(gè)浮點(diǎn)數(shù)。格式符中的空格用于分隔各個(gè)指示器(indicators)，在編譯格式時(shí)會(huì)被忽略。

import struct

import binascii

values = (1, 'ab'.encode('utf-8'), 2.7)
s = struct.Struct('I 2s f')
packed_data = s.pack(*values)

print('原始值:', values)
print('格式符:', s.format)
print('占用字節(jié):', s.size)
print('打包結(jié)果:', binascii.hexlify(packed_data))

# output
原始值: (1, b'ab', 2.7)
格式符: b'I 2s f'
占用字節(jié): 12
打包結(jié)果: b'0100000061620000cdcc2c40'

這個(gè)示例將打包的值轉(zhuǎn)換為十六進(jìn)制字節(jié)序列，用binascii.hexlify()方法打印出來。

使用unpack()方法解包。

import struct
import binascii

packed_data = binascii.unhexlify(b'0100000061620000cdcc2c40')

s = struct.Struct('I 2s f')
unpacked_data = s.unpack(packed_data)
print('解包結(jié)果:', unpacked_data)

# output
解包結(jié)果: (1, b'ab', 2.700000047683716)

將打包的值傳給unpack()，基本上返回相同的值(浮點(diǎn)數(shù)會(huì)有差異)。

字節(jié)順序/大小/對(duì)齊

默認(rèn)情況下，pack是使用本地C庫的字節(jié)順序來編碼的。格式化字符串的第一個(gè)字符可以用來表示填充數(shù)據(jù)的字節(jié)順序、大小和對(duì)齊方式，如下表所描述的:

如果格式符中沒有設(shè)置這些，那么默認(rèn)將使用 @。

本地字節(jié)順序是指字節(jié)順序是由當(dāng)前主機(jī)系統(tǒng)決定。比如：Intel x86和AMD64(x86-64)使用小字節(jié)序； Motorola 68000和 PowerPC G5使用大字節(jié)序。ARM和Intel安騰支持切換字節(jié)序?？梢允褂胹ys.byteorder查看當(dāng)前系統(tǒng)的字節(jié)順序。

本地大小(Size)和對(duì)齊(Alignment)是由c編譯器的sizeof表達(dá)式確定的。它與本地字節(jié)順序?qū)?yīng)。

標(biāo)準(zhǔn)大小由格式符確定，下面會(huì)講各個(gè)格式的標(biāo)準(zhǔn)大小。

示例:

import struct
import binascii

values = (1, 'ab'.encode('utf-8'), 2.7)
print('原始值 : ', values)

endianness = [
 ('@', 'native, native'),
 ('=', 'native, standard'),
 ('<', 'little-endian'),
 ('>', 'big-endian'),
 ('!', 'network'),
]

for code, name in endianness:
 s = struct.Struct(code + ' I 2s f')
 packed_data = s.pack(*values)
 print()
 print('格式符 : ', s.format, 'for', name)
 print('占用字節(jié): ', s.size)
 print('打包結(jié)果: ', binascii.hexlify(packed_data))
 print('解包結(jié)果: ', s.unpack(packed_data))

# output
原始值  :  (1, b'ab', 2.7)

格式符  :  b'@ I 2s f' for native, native
占用字節(jié):  12
打包結(jié)果:  b'0100000061620000cdcc2c40'
解包結(jié)果:  (1, b'ab', 2.700000047683716)

格式符  :  b'= I 2s f' for native, standard
占用字節(jié):  10
打包結(jié)果:  b'010000006162cdcc2c40'
解包結(jié)果:  (1, b'ab', 2.700000047683716)

格式符  :  b'< I 2s f' for little-endian
占用字節(jié):  10
打包結(jié)果:  b'010000006162cdcc2c40'
解包結(jié)果:  (1, b'ab', 2.700000047683716)

格式符  :  b'> I 2s f' for big-endian
占用字節(jié):  10
打包結(jié)果:  b'000000016162402ccccd'
解包結(jié)果:  (1, b'ab', 2.700000047683716)

格式符  :  b'! I 2s f' for network
占用字節(jié):  10
打包結(jié)果:  b'000000016162402ccccd'
解包結(jié)果:  (1, b'ab', 2.700000047683716)

格式符

格式符對(duì)照表如下:

緩沖區(qū)

將數(shù)據(jù)打包成二進(jìn)制通常是用在對(duì)性能要求很高的場(chǎng)景。

在這類場(chǎng)景中可以通過避免為每個(gè)打包結(jié)構(gòu)分配新緩沖區(qū)的開銷來優(yōu)化。

pack_into()和unpack_from()方法支持直接寫入預(yù)先分配的緩沖區(qū)。

import array
import binascii
import ctypes
import struct

s = struct.Struct('I 2s f')
values = (1, 'ab'.encode('utf-8'), 2.7)
print('原始值:', values)

print()
print('使用ctypes模塊string buffer')

b = ctypes.create_string_buffer(s.size)
print('原始buffer :', binascii.hexlify(b.raw))
s.pack_into(b, 0, *values)
print('打包結(jié)果寫入 :', binascii.hexlify(b.raw))
print('解包  :', s.unpack_from(b, 0))

print()
print('使用array模塊')

a = array.array('b', b'\0' * s.size)
print('原始值 :', binascii.hexlify(a))
s.pack_into(a, 0, *values)
print('打包寫入 :', binascii.hexlify(a))
print('解包  :', s.unpack_from(a, 0))

# output
原始值: (1, b'ab', 2.7)

使用ctypes模塊string buffer
原始buffer  : b'000000000000000000000000'
打包結(jié)果寫入 : b'0100000061620000cdcc2c40'
解包        : (1, b'ab', 2.700000047683716)

使用array模塊
原始值   : b'000000000000000000000000'
打包寫入 : b'0100000061620000cdcc2c40'
解包     : (1, b'ab', 2.700000047683716)

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