"struct" --- バイト列をパックされたバイナリデータとして解釈する
***************************************************************

**ソースコード:** Lib/struct.py

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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.

注釈:

  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 バイトオーダ、サイズ、アラインメン
  ト for details.

いくつかの "struct" の関数 (および "Struct" のメソッド) は *buffer* 引
数を取ります。 これは バッファプロトコル (buffer Protocol) を実装して
いて読み取り可能または読み書き可能なバッファを提供するオブジェクトのこ
とです。この目的のために使われる最も一般的な型は "bytes" と
"bytearray" ですが、バイトの配列とみなすことができるような他の多くの型
がバッファプロトコルを実装しています。そのため、それらは "bytes" オブ
ジェクトから追加のコピーなしで読み出しや書き込みができます。


関数と例外
==========

このモジュールは以下の例外と関数を定義しています:

exception struct.error

   様々な状況で送出される例外です。引数は何が問題なのかを記述する文字
   列です。

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

   フォーマット文字列 *format* に従い値 *v1*, *v2*, ...  をパックして
   、バイト列オブジェクトを返します。引数は指定したフォーマットが要求
   する型と正確に一致していなければなりません。

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

   フォーマット文字列 *format* に従い値 *v1*, *v2*, ...  をパックして
   バイト列にし、書き込み可能な *buffer* のオフセット *offset* 位置よ
   り書き込みます。オフセットは省略出来ません。

struct.unpack(format, buffer)

   ("pack(format, ...)" でパックされたであろう) バッファ *buffer* を、
   書式文字列 *format* に従ってアンパックします。 値が一つしかない場合
   を含め、結果はタプルで返されます。 バッファのバイトサイズは、
   "calcsize()" の返り値である書式文字列が要求するサイズと一致しなけれ
   ばなりません。

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

   バッファ *buffer* を、 *offset* の位置から書式文字列 *format* に従
   ってアンパックします。 値が一つしかない場合を含め、結果はタプルで返
   されます。 *offset* を始点とするバッファのバイトサイズは、少なくと
   も "calcsize()" の返り値である書式文字列が要求するサイズでなければ
   なりません。

struct.iter_unpack(format, buffer)

   バッファ *buffer* を、書式文字列 *format* に従ってイテレータ形式で
   アンパックします。 この関数が返すイテレータは、すべての内容を読み終
   わるまでバッファから一定の大きさのチャンクを読み取ります。 バッファ
   のバイトサイズは、 "calcsize()" の返り値である書式文字列が要求する
   サイズの倍数でなければなりません。

   イテレーション毎に書式文字列で指定されたタプルを yield します。

   バージョン 3.4 で追加.

struct.calcsize(format)

   書式文字列 *format* に従って、構造体 (それと "pack(format, ...)" に
   よって作成されるバイト列オブジェクト) のサイズを返します。


書式文字列
==========

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.


バイトオーダ、サイズ、アラインメント
------------------------------------

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.

これに代わって、フォーマット文字列の最初の文字を使って、バイトオーダや
サイズ、アラインメントを指定することができます。指定できる文字を以下の
テーブルに示します:

+-------------+--------------------------+------------+-------------+
| 文字        | バイトオーダ             | サイズ     | アラインメ  |
|             |                          |            | ント        |
|=============|==========================|============|=============|
| "@"         | native                   | native     | native      |
+-------------+--------------------------+------------+-------------+
| "="         | native                   | standard   | none        |
+-------------+--------------------------+------------+-------------+
| "<"         | リトルエンディアン       | standard   | none        |
+-------------+--------------------------+------------+-------------+
| ">"         | ビッグエンディアン       | standard   | none        |
+-------------+--------------------------+------------+-------------+
| "!"         | ネットワーク (= ビッグエ | standard   | none        |
|             | ンディアン)              |            |             |
+-------------+--------------------------+------------+-------------+

フォーマット文字列の最初の文字が上のいずれかでない場合、"'@'" であると
みなされます。

ネイティブのバイトオーダはビッグエンディアンかリトルエンディアンで、ホ
ストシステムに依存します。例えば、Intel x86、AMD64 (x86-64) および
Apple M1 はリトルエンディアンです。IBM z および多くの古いアーキテクチ
ャはビッグエンディアンです。使っているシステムでのエンディアンは
"sys.byteorder" を使って調べて下さい。

ネイティブのサイズおよびアラインメントは C コンパイラの "sizeof" 式で
決定されます。ネイティブのサイズおよびアラインメントはネイティブのバイ
トオーダと同時に使われます。

標準のサイズはフォーマット文字だけで決まります。 書式指定文字 の表を参
照して下さい。

"'@'" と "'='" の違いに注意してください: 両方ともネイティブのバイトオ
ーダですが、後者のバイトサイズとアラインメントは標準のものに合わせてあ
ります。

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

バイトオーダに関して、「(強制的にバイトスワップを行う)ネイティブの逆」
を指定する方法はありません。"'<'" または "'>'" のうちふさわしい方を選
んでください。

注釈:

1. パディングは構造体のメンバの並びの中にだけ自動で追加されます。最初
   や最後にパディングが追加されることはありません。

2. ネイティブでないサイズおよびアラインメントが使われる場合にはパディ
   ングは行われません (たとえば '<', '>', '=', '!' を使った場合です)。

3. 特定の型によるアラインメント要求に従うように構造体の末端をそろえる
   には、繰り返し回数をゼロにした特定の型でフォーマットを終端します。
   使用例 を参照して下さい。


書式指定文字
------------

フォーマット文字 (format character) は以下の意味を持っています; C と
Python の間の変換では、値は正確に以下に指定された型でなくてはなりませ
ん: 「標準のサイズ」列は standard サイズ使用時にパックされた値が何バイ
トかを示します。つまり、フォーマット文字列が "'<'", "'>'", "'!'",
"'='" のいずれかで始まっている場合のものです。native サイズ使用時には
パックされた値の大きさはプラットフォーム依存です。

+----------+----------------------------+----------------------+------------------+--------------+
| フォーマ | C の型                     | Python の型          | 標準のサイズ     | 注釈         |
| ット     |                            |                      |                  |              |
|==========|============================|======================|==================|==============|
| "x"      | パディングバイト           | 値なし               |                  | (7)          |
+----------+----------------------------+----------------------+------------------+--------------+
| "c"      | "char"                     | 長さ 1 のバイト列    | 1                |              |
+----------+----------------------------+----------------------+------------------+--------------+
| "b"      | "signed char"              | 整数                 | 1                | (1), (2)     |
+----------+----------------------------+----------------------+------------------+--------------+
| "B"      | "unsigned char"            | 整数                 | 1                | (2)          |
+----------+----------------------------+----------------------+------------------+--------------+
| "?"      | "_Bool"                    | 真偽値型(bool)       | 1                | (1)          |
+----------+----------------------------+----------------------+------------------+--------------+
| "h"      | "short"                    | 整数                 | 2                | (2)          |
+----------+----------------------------+----------------------+------------------+--------------+
| "H"      | "unsigned short"           | 整数                 | 2                | (2)          |
+----------+----------------------------+----------------------+------------------+--------------+
| "i"      | "int"                      | 整数                 | 4                | (2)          |
+----------+----------------------------+----------------------+------------------+--------------+
| "I"      | "unsigned int"             | 整数                 | 4                | (2)          |
+----------+----------------------------+----------------------+------------------+--------------+
| "l"      | "long"                     | 整数                 | 4                | (2)          |
+----------+----------------------------+----------------------+------------------+--------------+
| "L"      | "unsigned long"            | 整数                 | 4                | (2)          |
+----------+----------------------------+----------------------+------------------+--------------+
| "q"      | "long long"                | 整数                 | 8                | (2)          |
+----------+----------------------------+----------------------+------------------+--------------+
| "Q"      | "unsigned long long"       | 整数                 | 8                | (2)          |
+----------+----------------------------+----------------------+------------------+--------------+
| "n"      | "ssize_t"                  | 整数                 |                  | (3)          |
+----------+----------------------------+----------------------+------------------+--------------+
| "N"      | "size_t"                   | 整数                 |                  | (3)          |
+----------+----------------------------+----------------------+------------------+--------------+
| "e"      | (6)                        | 浮動小数点数         | 2                | (4)          |
+----------+----------------------------+----------------------+------------------+--------------+
| "f"      | "float"                    | 浮動小数点数         | 4                | (4)          |
+----------+----------------------------+----------------------+------------------+--------------+
| "d"      | "double"                   | 浮動小数点数         | 8                | (4)          |
+----------+----------------------------+----------------------+------------------+--------------+
| "s"      | "char[]"                   | bytes                |                  | (9)          |
+----------+----------------------------+----------------------+------------------+--------------+
| "p"      | "char[]"                   | bytes                |                  | (8)          |
+----------+----------------------------+----------------------+------------------+--------------+
| "P"      | "void*"                    | 整数                 |                  | (5)          |
+----------+----------------------------+----------------------+------------------+--------------+

バージョン 3.3 で変更: "'n'" および "'N'" フォーマットのサポートが追加
されました。

バージョン 3.6 で変更: "'e'" フォーマットのサポートが追加されました。

注釈:

1. "'?'" 変換コードは C99 で定義された "_Bool" 型に対応します。その型
   が利用できない場合は、 "char" で代用されます。標準モードでは常に1バ
   イトで表現されます。

2. 非整数を整数の変換コードを使ってパックしようとすると、非整数が
   "__index__()" メソッドを持っていた場合は、整数に変換するためにパッ
   クする前にそのメソッドが呼ばれます。

   バージョン 3.2 で変更: Added use of the "__index__()" method for
   non-integers.

3. "'n'" および "'N'" 変換コードは (デフォルトもしくはバイトオーダ文字
   "'@'" 付きで選択される) native サイズ使用時のみ利用できます。
   standard サイズ使用時には、自身のアプリケーションに適する他の整数フ
   ォーマットを使うことができます。

4. "'f'" 、 "'d'" および "'e'" 変換コードについて、パックされた表現は
   IEEE 754 binary32 ("'f'" の場合) 、 binary64 ("'d'" の場合) 、また
   はbinary16("'e'" の場合) フォーマットが、プラットフォームにおける浮
   動小数点数のフォーマットに関係なく使われます。

5. "'P'" フォーマット文字はネイティブバイトオーダでのみ利用可能です (
   デフォルトのネットワークバイトオーダに設定するか、"'@'" バイトオー
   ダ指定文字を指定しなければなりません)。"'='" を指定した場合、ホスト
   計算機のバイトオーダに基づいてリトルエンディアンとビッグエンディア
   ンのどちらを使うかを決めます。struct モジュールはこの設定をネイティ
   ブのオーダ設定として解釈しないので、"'P'" を使うことはできません。

6. IEEE 754 の binary16 "半精度" 型は、 IEEE 754 standard の2008 年の
   改訂で導入されました。 半精度型は、符号 bit 、5 bit の指数部、 11
   bit の精度 (明示的には 10 bit が保存される) を持ち、おおよそ
   "6.1e-05" から "6.5e+04" までの数を完全な精度で表現できます。 この
   型は C コンパイラでは広くはサポートされていません: たいていのマシン
   では、保存するのに unsigned short が使えますが、数学の演算には使え
   ません。 詳しいことは Wikipedia の half-precision floating-point
   format のページを参照してください。

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

8. フォーマット文字 "'p'" は "Pascal 文字列 (pascal string)"  をコード
   します。Pascal 文字列は count で与えられる *固定長のバイト列* に収
   められた短い可変長の文字列です。このデータの先頭の 1 バイトには文字
   列の長さか255 のうち、小さい方の数が収められます。その後に文字列の
   バイトデータが続きます。 "pack()" に渡された Pascal 文字列の長さが
   長すぎた (count-1 よりも長い) 場合、先頭の "count-1" バイトが書き込
   まれます。文字列が "count-1" よりも短い場合、指定した count バイト
   に達するまでの残りの部分はヌルで埋められます。 "unpack()" では、フ
   ォーマット文字 "'p'" は指定された "count" バイトだけデータを読み込
   みますが、返される文字列は決して 255 文字を超えることはないので注意
   してください。

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 使用例
   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).

フォーマット文字の前に整数をつけ、繰り返し回数 (count) を指定すること
ができます。例えば、フォーマット文字列 "'4h'" は "'hhhh'" と全く同じ意
味です。

フォーマット文字間の空白文字は無視されます; count とフォーマット文字の
間にはスペースを入れてはいけません。

整数フォーマット ("'b'", "'B'", "'h'", "'H'", "'i'", "'I'", "'l'",
"'L'", "'q'", "'Q'") のいずれかを使って値 "x" をパックするとき "x" が
フォーマットの適切な値の範囲に無い場合、 "struct.error" が送出されます
。

バージョン 3.1 で変更: 以前は、いくつかの整数フォーマットが適切な範囲
にない値を覆い隠して、 "struct.error" の代わりに "DeprecationWarning"
を送出していました。

"'?'" フォーマット文字では、返り値は "True" または "False" です。パッ
クするときには、引数オブジェクトの論理値としての値が使われます。 0 ま
たは 1 のネイティブや標準の真偽値表現でパックされ、アンパックされると
きはゼロでない値は "True" になります。


使用例
------

注釈:

  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'

アンパックした結果のフィールドは、変数に割り当てるか named tuple でラ
ップすることによって名前を付けることができます:

   >>> 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'

参考:

  "array" モジュール
     一様なデータ型からなるバイナリ記録データのパック。

  "json" モジュール
     JSON encoder and decoder.

  "pickle" モジュール
     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


クラス
======

"struct" モジュールは次の型を定義します:

class struct.Struct(format)

   フォーマット文字列 *format* に従ってバイナリデータを読み書きする、
   新しい Struct オブジェクトを返します。 "Struct" オブジェクトを一度
   作ってからそのメソッドを呼び出すと、フォーマット文字列のコンパイル
   が一度だけになるので、モジュールレベルの関数を同じフォーマットで呼
   び出すよりも効率的です。

   注釈:

     The compiled versions of the most recent format strings passed to
     "Struct" and the module-level functions are cached, so programs
     that use only a few format strings needn't worry about reusing a
     single "Struct" instance.

   コンパイルされた Struct オブジェクトは以下のメソッドと属性をサポー
   トします:

   pack(v1, v2, ...)

      "pack()" 関数と同じ、コンパイルされたフォーマットを利用するメソ
      ッドです。 ("len(result)" は "size" と等しいでしょう)

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

      "pack_into()" 関数と同じ、コンパイルされたフォーマットを利用する
      メソッドです。

   unpack(buffer)

      "unpack()" 関数と同じ、コンパイルされたフォーマットを利用するメ
      ソッドです。 (buffer のバイト数は "size" と等しくなければなりま
      せん)。

   unpack_from(buffer, offset=0)

      "unpack_from()" 関数と同じ、コンパイルされたフォーマットを利用す
      るメソッドです。 (*offset* を始点とする buffer のバイト数は少な
      くとも "size" 以上でなければなりません)。

   iter_unpack(buffer)

      "iter_unpack()" 関数と同じ、コンパイルされたフォーマットを利用す
      るメソッドです。 (buffer のバイト数は "size" の倍数でなければな
      りません)。

      バージョン 3.4 で追加.

   format

      この Struct オブジェクトを作成する時に利用されたフォーマット文字
      列です。

      バージョン 3.7 で変更: The format string type is now "str"
      instead of "bytes".

   size

      "format" 属性に対応する構造体の (従って "pack()" メソッドによっ
      て作成されるバイト列オブジェクトの) サイズです。
