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struct

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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])
>>> bs
b'\x00\x9c@c'

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。

structpack函数把任意数据类型变成bytes

>>> import struct
>>> struct.pack('>I', 10240099)
b'\x00\x9c@c'

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。

unpackbytes变成相应的数据类型:

>>> struct.unpack('>IH', b'\xf0\xf0\xf0\xf0\x80\x80')
(4042322160, 32896)

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:

>>> struct.unpack('<ccIIIIIIHH', s)
(b'B', b'M', 691256, 0, 54, 40, 640, 360, 1, 24)

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。

请编写一个bmpinfo.py,可以检查任意文件是否是位图文件,如果是,打印出图片大小和颜色数。

参考源码

check_bmp.py

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