Python struct库：5分钟学会读懂任何二进制文件

今天来分享这个"神奇"的struct库，它能让你轻松处理各种二进制文件。

struct库到底是干什么的？

简单说，struct库就是Python和二进制数据之间的"翻译官"。

你知道吗？计算机里的所有文件，不管是图片、音频、视频还是游戏存档，本质上都是一堆0和1组成的二进制数据。而struct库就能帮我们把这些看不懂的二进制数据，转换成我们能理解的数字、字符串等。

反过来，它也能把我们的数据"打包"成二进制格式保存到文件里。

基础用法：pack和unpack

1. 打包数据（pack）

import struct
# 把整数和浮点数打包成二进制数据data = struct.pack('if', 1234, 3.14)print(data)  # b'\xd2\x04\x00\x00\xc3\xf5H@'print(len(data))  # 8字节

这里的'if'是格式字符串：

'i' 表示一个4字节的整数
'f' 表示一个4字节的浮点数

2. 解包数据（unpack）

import struct
# 假设我们有一些二进制数据binary_data = b'\xd2\x04\x00\x00\xc3\xf5H@'
# 解包出原来的数据num, pi = struct.unpack('if', binary_data)print(f"整数: {num}")    # 整数: 1234print(f"浮点数: {pi}")   # 浮点数: 3.140000104904175

实战应用：读取BMP图片的基本信息

想知道一张BMP图片的宽度和高度吗？用struct库几行代码就搞定：

import struct
def read_bmp_info(filename):    with open(filename, 'rb') as f:        # 读取BMP文件头（前54字节）        header = f.read(54)
        # 检查是否是BMP文件        if header[:2] != b'BM':            print("这不是BMP文件！"


    
)            return
        # 从第18字节开始读取宽度和高度（各4字节）        width, height = struct.unpack(', header[18:26])
        print(f"图片宽度: {width} 像素")        print(f"图片高度: {height} 像素")
# 使用方法（需要有一个test.bmp文件）# read_bmp_info('test.bmp')

注意：中的 < 表示小端字节序，I 表示无符号整数。

解析网络数据包

如果你对网络编程感兴趣，struct在解析网络协议时特别有用：

import struct
def parse_ip_header(packet_data):    # 解析IP数据包头部（简化版）    # 前20字节包含IP头部信息    ip_header = struct.unpack('!BBHHHBBH4s4s', packet_data[:20])
    version = ip_header[0] >> 4  # IP版本    protocol = ip_header[6]      # 协议类型    src_ip = ip_header[8]        # 源IP（二进制）    dst_ip = ip_header[9]        # 目标IP（二进制）
    print(f"IP版本: {version}")    print(f"协议: {protocol}")
    # 将二进制IP转换为可读格式    import socket    src_ip_str = socket.inet_ntoa(src_ip)    dst_ip_str = socket.inet_ntoa(dst_ip)
    print(f"源IP: {src_ip_str}")    print(f"目标IP: {dst_ip_str}")
# 这个函数需要真实的网络数据包才能测试

处理传感器数据

假设你有一个温湿度传感器，每次发送8字节的数据：

import structimport time
def simulate_sensor_data():    """模拟传感器发送的二进制数据"""    temperature = 25.6  # 温度    humidity = 60.3     # 湿度    timestamp = int(time.time())  # 时间戳
    # 打包数据：2个浮点数 + 1个整数    data = struct.pack('ffi', temperature, humidity, timestamp)    return data
def parse_sensor_data(binary_data):


    
    """解析传感器数据"""    temp, humid, ts = struct.unpack('ffi', binary_data)
    print(f"温度: {temp:.1f}°C")    print(f"湿度: {humid:.1f}%")    print(f"时间: {time.ctime(ts)}")
# 模拟数据传输sensor_data = simulate_sensor_data()print("收到传感器数据，正在解析...")parse_sensor_data(sensor_data)

常用格式字符速查表

格式字符	C类型	Python类型	大小（字节）	说明
b	signed char	int	1	有符号字节
B	unsigned char	int	1	无符号字节
h	short	int	2	短整型
H	unsigned short	int	2	无符号短整型
i	int	int	4	整型
I	unsigned int	int	4	无符号整型
f	float	float	4	单精度浮点
d	double	float	8	双精度浮点
s	char[]	bytes	-	字符串

字节序说明

@ 或不写：本机字节序
=：本机字节序
<：小端字节序（Intel处理器常用）
>：大端字节序（网络字节序）
!：网络字节序（大端）

实用技巧

1. 计算结构体大小

import struct
# 计算格式字符串对应的字节数size = struct.calcsize('ifi')print(f"数据大小: {size} 字节")  # 12字节

2. 处理可变长度数据

import struct
def pack_string(text):    """打包字符串：先存长度，再存内容"""    text_bytes = text.encode('utf-8')    length = len(text_bytes)    return struct.pack(f'I{length}s', length, text_bytes)
def unpack_string(data):    """解包字符串"""    length = struct.unpack('I', data[:4])[0]    text_bytes = struct.unpack(f'{length}s', data[4:4+length])[0]    return text_bytes.decode('utf-8')
# 测试original = "Hello Python!"packed = pack_string(original)unpacked = unpack_string(packed)print(f"原文: {original}")print(f"解包后: {unpacked}")

错误处理

使用struct时要注意数据长度匹配：

import struct
try:    # 错误：数据长度不匹配    struct.unpack('ii', b'\x01\x02\x03')  # 需要8字节，只给了3字节except struct.error as e:    print(f"解包错误: {e}")
try:    # 正确的做法    data = b'\x01\x02\x03\x04\x05\x06\x07\x08'    result = struct.unpack('ii', data)    print(f"解包成功: {result}")except struct.error as e:    print(f"解包错误: {e}")

struct库看起来复杂，其实就做两件事：

pack：把Python数据变成二进制
unpack：把二进制变成Python数据

掌握了这两个函数，你就能：

解析各种文件格式
处理网络协议数据
与C语言程序交换数据
优化数据存储

学习建议

从简单开始：先练习整数和浮点数的打包解包
理解字节序：网络编程时特别重要
多做实验：用不同的格式字符串试试效果
结合实际：找个具体的文件格式来练手

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