struct — manipulation de données agrégées sous forme binaire comme une séquence d'octets

Code source : Lib/struct.py

This module converts between Python values and C structs represented as Python bytes objects. Compact format strings describe the intended conversions to/from Python values. The module's functions and objects can be used for two largely distinct applications, data exchange with external sources (files or network connections), or data transfer between the Python application and the C layer.

Note

When no prefix character is given, native mode is the default. It packs or unpacks data based on the platform and compiler on which the Python interpreter was built. The result of packing a given C struct includes pad bytes which maintain proper alignment for the C types involved; similarly, alignment is taken into account when unpacking. In contrast, when communicating data between external sources, the programmer is responsible for defining byte ordering and padding between elements. See Boutisme, taille et alignement for details.

Plusieurs fonctions de struct (et méthodes de Struct) prennent un argument buffer. Cet argument fait référence à des objets qui implémentent le protocole tampon et qui proposent un tampon soit en lecture seule, soit en lecture-écriture. Les types les plus courants qui utilisent cette fonctionnalité sont bytes et bytearray, mais beaucoup d'autres types qui peuvent être considérés comme des tableaux d'octets implémentent le protocole tampon ; ils peuvent ainsi être lus ou remplis depuis un objet bytes sans faire de copie.

Fonctions et exceptions

Le module définit les exceptions et fonctions suivantes :

exception struct.error

Exception levée à plusieurs occasions ; l'argument est une chaîne qui décrit ce qui ne va pas.

struct.pack(format, v1, v2, ...)

Renvoie un objet bytes contenant les valeurs v1, v2… agrégées conformément à la chaîne de format format. Les arguments doivent correspondre exactement aux valeurs requises par le format.

struct.pack_into(format, buffer, offset, v1, v2, ...)

Agrège les valeurs v1, v2… conformément à la chaîne de format format et écrit les octets agrégés dans le tampon buffer, en commençant à la position offset. Notez que offset est un argument obligatoire.

struct.unpack(format, buffer)

Dissocie depuis le tampon buffer (en supposant que celui-ci a été agrégé avec pack(format, …)) à l'aide de la chaîne de format format. Le résultat est un n-uplet, qui peut éventuellement ne contenir qu'un seul élément. La taille de buffer en octets doit correspondre à la taille requise par le format, telle que calculée par calcsize().

struct.unpack_from(format, /, buffer, offset=0)

Dissocie les éléments du tampon buffer, en commençant à la position offset, conformément à la chaîne de format format. Le résultat est un n-uplet, qui peut éventuellement ne contenir qu'un seul élément. La taille du tampon en octets, en commençant à la position offset, doit être au moins égale à la taille requise par le format, telle que calculée par calcsize().

struct.iter_unpack(format, buffer)

Iteratively unpack from the buffer buffer according to the format string format. This function returns an iterator which will read equally sized chunks from the buffer until all its contents have been consumed. The buffer's size in bytes must be a multiple of the size required by the format, as reflected by calcsize().

Chaque itération produit un n-uplet tel que spécifié par la chaîne de format.

Nouveau dans la version 3.4.

struct.calcsize(format)

Renvoie la taille de la structure (et donc celle de l'objet bytes produit par pack(format, ...)) correspondant à la chaîne de format format.

Chaînes de spécification du format

Format strings describe the data layout when packing and unpacking data. They are built up from format characters, which specify the type of data being packed/unpacked. In addition, special characters control the byte order, size and alignment. Each format string consists of an optional prefix character which describes the overall properties of the data and one or more format characters which describe the actual data values and padding.

Boutisme, taille et alignement

By default, C types are represented in the machine's native format and byte order, and properly aligned by skipping pad bytes if necessary (according to the rules used by the C compiler). This behavior is chosen so that the bytes of a packed struct correspond exactly to the memory layout of the corresponding C struct. Whether to use native byte ordering and padding or standard formats depends on the application.

Cependant, le premier caractère de la chaîne de format peut être utilisé pour indiquer le boutisme, la taille et l'alignement des données agrégées, conformément à la table suivante :

Caractère

Boutisme

Taille

Alignement

@

natif

natif

natif

=

natif

standard

aucun

<

petit-boutiste

standard

aucun

>

gros-boutiste

standard

aucun

!

réseau (= gros-boutiste)

standard

aucun

Si le premier caractère n'est pas dans cette liste, le module se comporte comme si '@' avait été indiqué.

Native byte order is big-endian or little-endian, depending on the host system. For example, Intel x86, AMD64 (x86-64), and Apple M1 are little-endian; IBM z and many legacy architectures are big-endian. Use sys.byteorder to check the endianness of your system.

La taille et l'alignement natifs sont déterminés en utilisant l'expression sizeof du compilateur C. Leur valeur est toujours combinée au boutisme natif.

La taille standard dépend seulement du caractère du format ; référez-vous au tableau dans la section Caractères de format.

Notez la différence entre '@' et '=' : les deux utilisent le boutisme natif mais la taille et l'alignement du dernier sont standards.

The form '!' represents the network byte order which is always big-endian as defined in IETF RFC 1700.

Il n'y a pas de moyen de spécifier le boutisme contraire au boutisme natif (c'est-à-dire forcer la permutation des octets) ; utilisez le bon caractère entre '<' et '>'.

Notes :

  1. Le bourrage (padding en anglais) n'est automatiquement ajouté qu'entre les membres successifs de la structure. Il n'y a pas de bourrage au début ou à la fin de la structure agrégée.

  2. Il n'y a pas d'ajout de bourrage lorsque vous utilisez une taille et un alignement non-natifs, par exemple avec '<', '>', '=' ou '!'.

  3. Pour aligner la fin d'une structure à l'alignement requis par un type particulier, terminez le format avec le code du type voulu et une valeur de répétition à zéro. Référez-vous à Exemples.

Caractères de format

Les caractères de format possèdent les significations suivantes ; la conversion entre les valeurs C et Python doit être évidente compte tenu des types concernés. La colonne « taille standard » fait référence à la taille en octets de la valeur agrégée avec l'utilisation de la taille standard (c'est-à-dire lorsque la chaîne de format commence par l'un des caractères suivants : '<', '>', '!' ou '='). Si vous utilisez la taille native, la taille de la valeur agrégée dépend de la plateforme.

Format

Type C

Type Python

Taille standard

Notes

x

octet de bourrage

pas de valeur

(7)

c

char

bytes (suite d'octets) de taille 1

1

b

signed char

int (entier)

1

(1), (2)

B

unsigned char

int (entier)

1

(2)

?

_Bool

bool (booléen)

1

(1)

h

short

int (entier)

2

(2)

H

unsigned short

int (entier)

2

(2)

i

int

int (entier)

4

(2)

I

unsigned int

int (entier)

4

(2)

l

long

int (entier)

4

(2)

L

unsigned long

int (entier)

4

(2)

q

long long

int (entier)

8

(2)

Q

unsigned long long

int (entier)

8

(2)

n

ssize_t

int (entier)

(3)

N

size_t

int (entier)

(3)

e

(6)

float (nombre à virgule flottante)

2

(4)

f

float

float (nombre à virgule flottante)

4

(4)

d

double

float (nombre à virgule flottante)

8

(4)

s

char[]

bytes (séquence d'octets)

(9)

p

char[]

bytes (séquence d'octets)

(8)

P

void*

int (entier)

(5)

Modifié dans la version 3.3: ajouté la gestion des formats 'n' et 'N'.

Modifié dans la version 3.6: ajouté la gestion du format 'e'.

Notes :

  1. The '?' conversion code corresponds to the _Bool type defined by C99. If this type is not available, it is simulated using a char. In standard mode, it is always represented by one byte.

  2. Lorsque vous essayez d'agréger un non-entier en utilisant un code de conversion pour un entier, si ce non-entier possède une méthode __index__() alors cette méthode est appelée pour convertir l'argument en entier avant l'agrégation.

    Modifié dans la version 3.2: Added use of the __index__() method for non-integers.

  3. Les codes de conversion 'n' et 'N' ne sont disponibles que pour la taille native (choisie par défaut ou à l'aide du caractère de boutisme '@'). Pour la taille standard, vous pouvez utiliser n'importe quel format d'entier qui convient à votre application.

  4. Pour les codes de conversion 'f', 'd' et 'e', la représentation agrégée utilise respectivement le format IEEE 754 binaire32, binaire64 ou binaire16 (pour 'f', 'd' ou 'e' respectivement), quel que soit le format des nombres à virgule flottante de la plateforme.

  5. Le caractère de format 'P' n'est disponible que pour le boutisme natif (choisi par défaut ou à l'aide du caractère '@' de boutisme). Le caractère de boutisme '=' choisit d'utiliser un petit ou un gros en fonction du système hôte. Le module struct ne l'interprète pas comme un boutisme natif, donc le format 'P' n'est pas disponible.

  6. Le type IEEE 754 binaire16 « demie-précision » a été introduit en 2008 par la révision du standard IEEE 754. Il comprend un bit de signe, un exposant sur 5 bits et une précision de 11 bits (dont 10 bits sont explicitement stockés) ; il peut représenter les nombres entre environ 6.1e-05 et 6.5e+04 avec une précision maximale. Ce type est rarement pris en charge par les compilateurs C : sur une machine courante, un unsigned short (entier court non signé) peut être utilisé pour le stockage mais pas pour les opérations mathématiques. Lisez la page Wikipédia (NdT : non traduite en français) half-precision floating-point format pour davantage d'informations.

  7. When packing, 'x' inserts one NUL byte.

  8. Le caractère de format 'p' sert à encoder une « chaîne Pascal », c'est-à-dire une courte chaîne de longueur variable, stockée dans un nombre défini d'octets dont la valeur est définie par la répétition. Le premier octet stocké est la longueur de la chaîne (dans la limite maximum de 255). Les octets composant la chaîne suivent. Si la chaîne passée à pack() est trop longue (supérieure à la valeur de la répétition moins 1), seuls les count-1 premiers octets de la chaîne sont stockés. Si la chaîne est plus courte que count-1, des octets de bourrage nuls sont insérés de manière à avoir exactement count octets au final. Notez que pour unpack(), le caractère de format 'p' consomme count octets mais que la chaîne renvoyée ne peut pas excéder 255 octets.

  9. For the 's' format character, the count is interpreted as the length of the bytes, not a repeat count like for the other format characters; for example, '10s' means a single 10-byte string mapping to or from a single Python byte string, while '10c' means 10 separate one byte character elements (e.g., cccccccccc) mapping to or from ten different Python byte objects. (See Exemples for a concrete demonstration of the difference.) If a count is not given, it defaults to 1. For packing, the string is truncated or padded with null bytes as appropriate to make it fit. For unpacking, the resulting bytes object always has exactly the specified number of bytes. As a special case, '0s' means a single, empty string (while '0c' means 0 characters).

Un caractère de format peut être précédé par un entier indiquant le nombre de répétitions. Par exemple, la chaîne de format '4h' a exactement la même signification que 'hhhh'.

Les caractères d'espacement entre les indications de format sont ignorés ; cependant, le nombre de répétitions et le format associé ne doivent pas être séparés par des caractères d'espacement.

Lors de l'agrégation d'une valeur x en utilisant l'un des formats pour les entiers ('b', 'B', 'h', 'H', 'i', 'I', 'l', 'L', 'q', 'Q'), si x est en dehors de l'intervalle du format spécifié, une struct.error est levée.

Modifié dans la version 3.1: Previously, some of the integer formats wrapped out-of-range values and raised DeprecationWarning instead of struct.error.

Pour le caractère de format '?', la valeur renvoyée est True ou False. Lors de l'agrégation, la valeur de vérité de l'objet argument est utilisée. La valeur agrégée est 0 ou 1 dans la représentation native ou standard et, lors de la dissociation, n'importe quelle valeur différente de zéro est renvoyée True.

Exemples

Note

Native byte order examples (designated by the '@' format prefix or lack of any prefix character) may not match what the reader's machine produces as that depends on the platform and compiler.

Pack and unpack integers of three different sizes, using big endian ordering:

>>> from struct import *
>>> pack(">bhl", 1, 2, 3)
b'\x01\x00\x02\x00\x00\x00\x03'
>>> unpack('>bhl', b'\x01\x00\x02\x00\x00\x00\x03')
(1, 2, 3)
>>> calcsize('>bhl')
7

Attempt to pack an integer which is too large for the defined field:

>>> pack(">h", 99999)
Traceback (most recent call last):
  File "<stdin>", line 1, in <module>
struct.error: 'h' format requires -32768 <= number <= 32767

Demonstrate the difference between 's' and 'c' format characters:

>>> pack("@ccc", b'1', b'2', b'3')
b'123'
>>> pack("@3s", b'123')
b'123'

Les champs dissociés peuvent être nommés en leur assignant des variables ou en encapsulant le résultat dans un n-uplet nommé :

>>> record = b'raymond   \x32\x12\x08\x01\x08'
>>> name, serialnum, school, gradelevel = unpack('<10sHHb', record)

>>> from collections import namedtuple
>>> Student = namedtuple('Student', 'name serialnum school gradelevel')
>>> Student._make(unpack('<10sHHb', record))
Student(name=b'raymond   ', serialnum=4658, school=264, gradelevel=8)

The ordering of format characters may have an impact on size in native mode since padding is implicit. In standard mode, the user is responsible for inserting any desired padding. Note in the first pack call below that three NUL bytes were added after the packed '#' to align the following integer on a four-byte boundary. In this example, the output was produced on a little endian machine:

>>> pack('@ci', b'#', 0x12131415)
b'#\x00\x00\x00\x15\x14\x13\x12'
>>> pack('@ic', 0x12131415, b'#')
b'\x15\x14\x13\x12#'
>>> calcsize('@ci')
8
>>> calcsize('@ic')
5

The following format 'llh0l' results in two pad bytes being added at the end, assuming the platform's longs are aligned on 4-byte boundaries:

>>> pack('@llh0l', 1, 2, 3)
b'\x00\x00\x00\x01\x00\x00\x00\x02\x00\x03\x00\x00'

Voir aussi

Module array

Stockage agrégé binaire de données homogènes.

Module json

JSON encoder and decoder.

Module pickle

Python object serialization.

Applications

Two main applications for the struct module exist, data interchange between Python and C code within an application or another application compiled using the same compiler (native formats), and data interchange between applications using agreed upon data layout (standard formats). Generally speaking, the format strings constructed for these two domains are distinct.

Native Formats

When constructing format strings which mimic native layouts, the compiler and machine architecture determine byte ordering and padding. In such cases, the @ format character should be used to specify native byte ordering and data sizes. Internal pad bytes are normally inserted automatically. It is possible that a zero-repeat format code will be needed at the end of a format string to round up to the correct byte boundary for proper alignment of consective chunks of data.

Consider these two simple examples (on a 64-bit, little-endian machine):

>>> calcsize('@lhl')
24
>>> calcsize('@llh')
18

Data is not padded to an 8-byte boundary at the end of the second format string without the use of extra padding. A zero-repeat format code solves that problem:

>>> calcsize('@llh0l')
24

The 'x' format code can be used to specify the repeat, but for native formats it is better to use a zero-repeat format like '0l'.

By default, native byte ordering and alignment is used, but it is better to be explicit and use the '@' prefix character.

Standard Formats

When exchanging data beyond your process such as networking or storage, be precise. Specify the exact byte order, size, and alignment. Do not assume they match the native order of a particular machine. For example, network byte order is big-endian, while many popular CPUs are little-endian. By defining this explicitly, the user need not care about the specifics of the platform their code is running on. The first character should typically be < or > (or !). Padding is the responsibility of the programmer. The zero-repeat format character won't work. Instead, the user must explicitly add 'x' pad bytes where needed. Revisiting the examples from the previous section, we have:

>>> calcsize('<qh6xq')
24
>>> pack('<qh6xq', 1, 2, 3) == pack('@lhl', 1, 2, 3)
True
>>> calcsize('@llh')
18
>>> pack('@llh', 1, 2, 3) == pack('<qqh', 1, 2, 3)
True
>>> calcsize('<qqh6x')
24
>>> calcsize('@llh0l')
24
>>> pack('@llh0l', 1, 2, 3) == pack('<qqh6x', 1, 2, 3)
True

The above results (executed on a 64-bit machine) aren't guaranteed to match when executed on different machines. For example, the examples below were executed on a 32-bit machine:

>>> calcsize('<qqh6x')
24
>>> calcsize('@llh0l')
12
>>> pack('@llh0l', 1, 2, 3) == pack('<qqh6x', 1, 2, 3)
False

Classes

Le module struct définit aussi le type suivant :

class struct.Struct(format)

Return a new Struct object which writes and reads binary data according to the format string format. Creating a Struct object once and calling its methods is more efficient than calling module-level functions with the same format since the format string is only compiled once.

Note

les versions compilées des dernières chaînes de format passées à Struct et aux fonctions de niveau module sont mises en cache, de manière à ce que les programmes qui n'utilisent que quelques chaînes de format n'aient pas à se préoccuper de n'utiliser qu'une seule instance de Struct.

Les objets Struct compilés gèrent les méthodes et attributs suivants :

pack(v1, v2, ...)

Identique à la fonction pack(), en utilisant le format compilé (len(result) vaut size).

pack_into(buffer, offset, v1, v2, ...)

Identique à la fonction pack_into(), en utilisant le format compilé.

unpack(buffer)

Identique à la fonction unpack(), en utilisant le format compilé. La taille du tampon buffer en octets doit valoir size.

unpack_from(buffer, offset=0)

Identique à la fonction unpack_from(), en utilisant le format compilé. La taille du tampon buffer en octets, en commençant à la position offset, doit valoir au moins size.

iter_unpack(buffer)

Identique à la fonction iter_unpack(), en utilisant le format compilé. La taille du tampon buffer en octets doit être un multiple de size.

Nouveau dans la version 3.4.

format

La chaîne de format utilisée pour construire l'objet Struct.

Modifié dans la version 3.7: la chaîne de format est maintenant de type str au lieu de bytes.

size

La taille calculée de la structure agrégée (et donc de l'objet bytes produit par la méthode pack()) correspondante à format.