如何从文件中读取结构化二进制数据？

Question

以下 C++ 代码将 header 写入文件：

#include <iostream>

struct Header
{
    uint16_t name;
    uint8_t type;
    uint8_t padding;
    uint32_t width, height;
    uint32_t depth1, depth2;
    float dMin, dMax;
};

int main()
{

  Header header;
  header.name = *reinterpret_cast<const uint16_t*>("XO");
  header.type = true;
  header.width  = (uint32_t)512;
  header.height = (uint32_t)600;
  header.depth1  = (uint32_t)16;
  header.depth2 = (uint32_t)25;
  header.dMin = 5.0;
  header.dMax = 8.6;

  FILE* f = fopen("header.bin", "wb");
    fwrite(&header, sizeof(Header), 1, f);
}

我希望使用 Python 阅读这些header.bin文件。 在 C++ 我会做类似的事情：

fread(&header, sizeof(Header), 1, f)

但我不确定如何读取字节并将它们转换为 Header 结构在 Python 中的相应字段？

Answer 1

使用struct模块定义类 C 结构的二进制布局并对其进行反序列化/序列化：

import struct

# Format String describing the data layout
layout = "H B x 2L 2L 2f"

# Object representing the layout, including size
header = struct.Struct(layout)

with open("header.bin", "rb") as in_stream:
    print(header.unpack(in_stream.read(header.size))

layout是按顺序描述字段的格式字符串，例如H表示uint16_t ， B表示uint8_t ， x表示填充字节，等等。

Answer 2

我会用 Python 的ctypes来做这件事，这样你就可以分享 Header header

从ctypes.Structure到 map 创建一个 class 类型

import ctypes

class StructHeader(ctypes.Structure):
    _fields_ = [
        ("name", ctypes.c_uint16),
        ("type", ctypes.c_uint8),
        ...
    ]

并创建一个 function 来执行您想要的签名，例如

int header(struct Header &buffer)
{
    // open the file and write to buffer
    // opportunity for other features
}

然后你可以编译一个共享的 object来读取它返回该类型

gcc -shared -Wl,-soname,your_soname \
    -o library_name file_list library_list

并调用ctypes.CDLL来读取标题

header = ctypes.CDLL("mylib.so.1").header  # function named header
header.argtypes = [ctypes.POINTER(StructHeader)]
header.restype  = ctypes.c_int

# allocate struct for write
buffer = StructHeader()

# call out to function to write buffer
header(buffer)