Python struct库详解（零基础掌握二进制数据处理与字节操作）

什么是struct模块？

Python的struct模块是标准库的一部分，用于在Python值和C语言中的二进制表示之间进行转换。这种转换常用于：

• 读写二进制文件（如图像、音频、自定义格式）
• 网络协议解析（如TCP/UDP数据包）
• 与C/C++程序交互
• 嵌入式系统通信

核心函数介绍

struct模块主要有两个核心函数：

• pack(fmt, v1, v2, ...)：将Python值打包成二进制字节串
• unpack(fmt, buffer)：从二进制字节串解包出Python值

格式字符说明

在使用struct时，你需要指定一个“格式字符串”（format string），它告诉模块如何解释数据。常用格式字符如下：

实战示例：打包与解包

示例1：打包一个整数和一个浮点数

import struct# 打包：将整数123和浮点数3.14打包成二进制数据packed_data = struct.pack('if', 123, 3.14)print("打包后的字节串:", packed_data)print("字节长度:", len(packed_data))# 解包：从二进制数据中还原出原始值unpacked_data = struct.unpack('if', packed_data)print("解包后的元组:", unpacked_data)

输出结果：

打包后的字节串: b'{\x00\x00\x00\xcd\xccL@'字节长度: 8解包后的元组: (123, 3.140000104904175)

示例2：处理字符串

注意：字符串在struct中必须是字节类型（bytes），且需指定长度。

import struct# 打包一个5字节的字符串和一个整数name = b"Alice"age = 25packed = struct.pack('5si', name, age)# 解包unpacked_name, unpacked_age = struct.unpack('5si', packed)print("姓名:", unpacked_name.decode('utf-8'))  # 转回字符串print("年龄:", unpacked_age)

字节序问题

不同系统可能使用不同的字节序（大端或小端）。struct默认使用本机字节序，但你可以通过格式字符串前缀显式指定：

• <：小端（Little-endian）
• >：大端（Big-endian）
• !：网络字节序（即大端）

import struct# 小端打包data_le = struct.pack('<H', 0x1234)print("小端:", data_le)  # 输出: b'4\x12'# 大端打包data_be = struct.pack('>H', 0x1234)print("大端:", data_be)  # 输出: b'\x124'

实际应用场景

假设你要读取一个自定义的二进制文件头，包含以下字段：

• 魔数（4字节字符串）："DATA"
• 版本号（1字节无符号整数）
• 数据长度（4字节无符号整数）

import struct# 模拟读取二进制数据header_format = '<4sBI'  # 小端，4字节字符串 + 1字节无符号 + 4字节无符号mock_data = struct.pack(header_format, b'DATA', 1, 1024)# 解析头部magic, version, length = struct.unpack(header_format, mock_data)print(f"魔数: {magic.decode()}")print(f"版本: {version}")print(f"数据长度: {length} 字节")

总结

通过本教程，你已经掌握了Python struct库的基本用法，包括格式字符、打包/解包操作、字节序控制以及实际应用。无论你是处理网络协议、解析二进制文件，还是与硬件通信，struct模块教程都能为你提供强大支持。

记住关键点：

• 使用正确的格式字符串
• 注意字节序（尤其在网络通信中）
• 字符串必须转为bytes类型
• 理解每个类型对应的字节数

现在，你可以自信地使用Python字节操作来处理各种二进制数据了！如果你正在学习二进制数据处理，struct模块绝对是你的得力助手。