struct

计算机并不理解 Python 的对象，它只理解字节。当你需要和 C 语言编写的库通信、读取一份 90 年代的二进制游戏存档、或者通过 TCP 协议传输一个自定义的数据包时，你不能直接把一个 Python 的 dict 扔过去。

格式字符

struct 的设计初衷非常纯粹：它是 Python 对象与 C 结构体（C Structs）之间的桥梁。它解决的核心问题是：

内存对齐（Alignment）：处理不同 CPU 架构下字节排列的差异。
紧凑性：将 Python 庞大的对象压缩成机器能直接读取的二进制格式。
字节序（Endianness）：解决大端（Big-endian）和小端（Little-endian）差异。

具体的实现方式是：用一个"格式字符串"来描述二进制数据的长相。

以下是C的常用数据类型和对应的Python类型：

字符	C 类型	Python 类型	字节数
i	int	整数	4
h	short	整数	2
Q	unsigned long long	整数	8
f	float	浮点数	4
s	char[]	字节串 (bytes)	1s=1字节
?	_Bool	布尔值	1

import struct

# 格式说明：
# i -> int (4字节)
# h -> short (2字节)
# h -> short (2字节)
# ? -> bool (1字节)
fmt = "ihh?" # 表示4个字节，2个字节，2个字节，1个字节

# 准备数据
id_val = 1024
x, y = 100, 200
status = True

# 开始封箱
binary_data = struct.pack(fmt, id_val, x, y, status)

print(f"原始数据：{id_val, x, y, status}")
print(f"二进制流：{binary_data}") # 输出类似 b'\x00\x04\x00\x00...'

print(f"Python对象占用字节：{(id_val, x, y, status).__sizeof__()}") # 56
print(f"struct占用字节：{struct.calcsize(fmt)}") # 4+2+2+1 = 9 字节

# 开始拆箱
unpacked_data = struct.unpack(fmt, binary_data)
print(f"还原后的元组：{unpacked_data}")
# 输出: (1024, 100, 200, True)

字节序

不同的机器存储字节的顺序不同。为了保证跨平台通用，我们通常在格式字符串的最前面加一个前缀：

<：小端序（Little-endian，Intel CPU 常用）
>、!：大端序（Big-endian，网络传输、老式架构常用）
@、=：默认字节序（与系统平台一致）

字节序可以和格式字符组合使用，例如：<i、>h、@?。

tip

数字 256 对应的十六进制是：0x0100。需要2个字节来存储。

大端序和人类计数思维一致，就是将高位字节放在前面，先记录01，再记录00。读取时合并为01,00。

小端序更有利于计算机处理加法运算，就是将低位字节放在前面，先记录00，再记录01。读取时反着拼接合并为01,00。

如果256通过小端序存储为：00 01，传输后通过大端序解析，则会解析出意料之外的数字1。

import sys

val = 256
# 将数字转换为字节数组
# 'little' 代表小端，'big' 代表大端
print(f"数字 {val} 的小端字节序列: {val.to_bytes(2, 'little').hex(' ')}")
# 数字 256 的小端字节序列: 00 01
print(f"数字 {val} 的大端字节序列: {val.to_bytes(2, 'big').hex(' ')}")
# 数字 256 的大端字节序列: 01 00
print(f"你的电脑目前使用的是: {sys.byteorder}")

格式字符​

字节序​

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字节序