Python：结构和数组与ctypes中的类似功能

Python提供了以下三个模块来处理C类型以及如何处理它们：

• 对于C结构
• 对于类似于C中的数组
• 对于C函数，这必然需要处理C的类型系统

虽然

ctypes

似乎比

struct

和

array

更通用、更灵活（其主要任务是“Python的外部函数库”），但当任务是读取二进制数据结构时，这三个模块之间的功能似乎有很大的重叠。例如，如果我想读一个C结构

struct MyStruct {
    int a;
    float b;
    char c[12];
};

我可以使用

struct

如下：

a, b, c = struct.unpack('if12s', b'\x11\0\0\0\x12\x34\x56\x78hello world\0')
print(a, b, c)
# 17 1.7378244361449504e+34 b'hello world\x00'

另一方面，（虽然有点冗长）：

（旁白：我确实想知道在这个版本中尾随的

'\0'

到哪里去了…）

在我看来，这似乎违反了《Python禅宗》中的原则：

应该有一种方法，最好只有一种显而易见的方法

---

那么，对于二进制数据处理的几个类似模块，这种情况是如何出现的呢？是历史原因还是现实原因？（例如，我可以想象完全省略

struct

模块，只需添加一个更方便的API来读/写C结构到

ctypes

）

免责声明：这篇文章是基于我对Python stdlib中“分工”的理解，而不是基于事实上可参考的信息

你的问题源于这样一个事实，“C结构”和“二进制数据”倾向于互换使用，这在实践中是正确的，但在技术意义上是错误的。

struct

文档也有误导性：它声称可以在“C结构”上工作，而更好的描述应该是“二进制数据”，其中有一些关于C兼容性的免责声明

基本上，

struct

、

array

和

ctypes

做不同的事情<代码>结构处理将Python值转换为内存中的二进制格式<代码>数组处理高效存储大量值的问题<代码>ctypes处理C语言（*）。功能上的重叠源于这样一个事实：对于C，“内存中的二进制格式”是本机的，“有效地存储值”是将它们打包到一个类似C的数组中

您还将注意到，

struct

允许您轻松指定endianness，因为它以多种不同的方式处理二进制数据的打包和解包；而在

ctypes

中，更难获得非本机字节顺序，因为它使用的是C本机的字节顺序

如果您的任务是读取二进制数据结构，那么抽象级别将不断增加：

手动拆分字节数组并使用

int.from_bytes

等转换部分

使用格式字符串描述数据，并使用

struct

一次性解包

使用一个库，比如用逻辑术语声明性地描述结构

ctypes

在这里甚至不需要说明，因为对于这个任务，使用

ctypes

几乎需要通过一种不同的编程语言进行往返。事实上，对于你的例子来说，它同样有效是偶然的；它之所以能工作，是因为C语言天生适合表达多种打包二进制数据的方式。但是，例如，如果您的结构是混合endian，则很难在

ctypes

中表达。另一个例子是半精度浮点，它没有C等价物（请参阅）

从这个意义上说，

ctypes

使用

struct

，这也是非常合理的——毕竟，“打包和解包二进制数据”是“与C接口”的一个子任务

另一方面，

struct

使用

ctypes

：这就像使用

电子邮件

库进行字符编码转换一样，因为这是电子邮件库可以完成的任务

---

（*）嗯，基本上。更精确的是类似“基于C的环境”，即现代计算机如何在低水平上工作，这是由于以C作为主要系统语言的共同进化。

尽管这种方式一开始可能并不明显，除非你是荷兰人：-）1。

\0

仍然存在，但未打印（选中

NULL

终止字符串）。2.它们可能是并行开发的（我记得第一次，ctypes不在Python标准库中）。功能部分重叠。删除一个这样的模块会破坏向后兼容性，因为可能有很多代码依赖于3个模块中的每一个。注意：ctypes使用struct@CristiFati 1。但是，它是在

struct

版本中打印的！另外：

len（c）==12

，

len（s.c）==11

。2.在向Python3的转换过程中，Python做了很多向后不兼容的更改。据我所知，这些“缺点”/冗余正是Python 3.1想要消除的。是的，您是对的，显然在处理字符数组时，当

\0

被禁用时，缓冲区解析（对于该字段）就会停止encountered@CristiFati还有：“ctypes使用struct。”你有关于它的参考资料或详细信息吗？这就是我要找的，谢谢！我想让我产生兴趣的是

struct

文档中关于“C structs”的术语/重点（第一句话：“此模块执行Python值和C structs[…]之间的转换”），而实际上，正如您所说，它可以处理更多任意的二进制数据。

 class MyStruct(ctypes.Structure):
     _fields_ = [
         ('a', ctypes.c_int),
         ('b', ctypes.c_float),
         ('c', ctypes.c_char * 12)
     ]
 s = MyStruct.from_buffer_copy(b'\x11\0\0\0\x12\x34\x56\x78hello world\0')
 print(s.a, s.b, s.c)
 # 17 1.7378244361449504e+34 b'hello world'