"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

======================================================================

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.

Several "struct" functions (and methods of "Struct") take a *buffer*
argument.  This refers to objects that implement the バッファプロトコ
ル (buffer Protocol) and provide either a readable or read-writable
buffer.  The most common types used for that purpose are "bytes" and
"bytearray", but many other types that can be viewed as an array of
bytes implement the buffer protocol, so that they can be read/filled
without additional copying from a "bytes" object.


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。

   Added in version 3.4.

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 type codes, 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。

注釈:

  The number 1023 ("0x3ff" in hexadecimal) has the following byte
  representations:

  * "03 ff" in big-endian (">")

  * "ff 03" in little-endian ("<")

  Python の例:

  >>> import struct
  >>> struct.pack('>h', 1023)
  b'\x03\xff'
  >>> struct.pack('<h', 1023)
  b'\xff\x03'

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。

Standard size depends only on the type code;  see the table in the
Type Codes section.

"'@'" 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。


Type Codes
----------

Type codes (or format codes) have the following meaning; the
conversion between C and Python values should be obvious given their
types.  The 'Standard size' column refers to the size of the packed
value in bytes when using standard size; that is, when the format
string starts with one of "'<'", "'>'", "'!'" or "'='".  When using
native size, the size of the packed value is platform-dependent.

+----------+----------------------------+----------------------+------------------+--------------+
| 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                | (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                 |                  | (2), (3)     |
+----------+----------------------------+----------------------+------------------+--------------+
| "N"      | "size_t"                   | 整数                 |                  | (2), (3)     |
+----------+----------------------------+----------------------+------------------+--------------+
| "e"      | _Float16                   | 浮動小数点数         | 2                | (4), (6)     |
+----------+----------------------------+----------------------+------------------+--------------+
| "f"      | float                      | 浮動小数点数         | 4                | (4)          |
+----------+----------------------------+----------------------+------------------+--------------+
| "d"      | double                     | 浮動小数点数         | 8                | (4)          |
+----------+----------------------------+----------------------+------------------+--------------+
| "F"      | float complex              | 複素数               | 8                | (10)         |
+----------+----------------------------+----------------------+------------------+--------------+
| "D"      | double complex             | 複素数               | 16               | (10)         |
+----------+----------------------------+----------------------+------------------+--------------+
| "Zf"     | float complex              | 複素数               | 8                | (10)         |
+----------+----------------------------+----------------------+------------------+--------------+
| "Zd"     | double complex             | 複素数               | 16               | (10)         |
+----------+----------------------------+----------------------+------------------+--------------+
| "s"      | char[]                     | bytes                |                  | (9)          |
+----------+----------------------------+----------------------+------------------+--------------+
| "p"      | char[]                     | bytes                |                  | (8)          |
+----------+----------------------------+----------------------+------------------+--------------+
| "P"      | void*                      | 整数                 |                  | (2), (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。

バージョン 3.14 で変更: Added support for the "'F'" and "'D'" formats.

バージョン 3.15 で変更: Added support for the "'Zf'" and "'Zd'"
formats.

参考:

  The "array" and ctypes modules, as well as third-party modules like
  numpy, use similar -- but slightly different -- type codes.

注釈:

1. The "'?'" conversion code corresponds to the _Bool type defined by
   C standards since C99.  In standard mode, it is represented by one
   byte.

2. When attempting to pack a non-integer using any of the integer
   conversion codes, if the non-integer has a "__index__()" method
   then that method is called to convert the argument to an integer
   before packing.

   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. The "'P'" type code is only available for the native byte ordering
   (selected as the default or with the "'@'" byte order character).
   The byte order character "'='" chooses to use little- or big-endian
   ordering based on the host system. The struct module does not
   interpret this as native ordering, so the "'P'" format is not
   available.

6. The IEEE 754 binary16 "half precision" type was introduced in the
   2008 revision of the IEEE 754 standard. It has a sign bit, a 5-bit
   exponent and 11-bit precision (with 10 bits explicitly stored), and
   can represent numbers between approximately "6.1e-05" and "6.5e+04"
   at full precision. This type is not widely supported by C
   compilers: it's available as _Float16 type, if the compiler
   supports the Annex H of the C23 standard.  On a typical machine, an
   unsigned short can be used for storage, but not for math
   operations. See the Wikipedia page on the half-precision floating-
   point format for more information.

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

8. The "'p'" type code encodes a "Pascal string", meaning a short
   variable-length string stored in a *fixed number of bytes*, given
   by the count. The first byte stored is the length of the string, or
   255, whichever is smaller.  The bytes of the string follow.  If the
   byte string passed in to "pack()" is too long (longer than the
   count minus 1), only the leading "count-1" bytes of the string are
   stored.  If the byte string is shorter than "count-1", it is padded
   with null bytes so that exactly count bytes in all are used.  Note
   that for "unpack()", the "'p'" type code consumes "count" bytes,
   but that the "bytes" object returned can never contain more than
   255 bytes. When packing, arguments of types "bytes" and "bytearray"
   are accepted.

9. For the "'s'" type code, the count is interpreted as the length of
   the byte string, not a repeat count like for the other type codes;
   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 byte 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 byte string
   (while "'0c'" means 0 characters). When packing, arguments of types
   "bytes" and "bytearray" are accepted.

10. For the "'F'" and "'D'" type codes, the packed representation uses
    the IEEE 754 binary32 and binary64 format for components of the
    complex number, regardless of the floating-point format used by
    the platform. Note that complex types ("F"/"Zf" and "D"/"Zd") are
    available unconditionally, despite complex types being an optional
    feature in C. As specified in the C11 standard, each complex type
    is represented by a two-element C array containing, respectively,
    the real and imaginary parts.

A type code may be preceded by an integral repeat count.  For example,
the format string "'4h'" means exactly the same as "'hhhh'".

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。

For the "'?'" type code, the return value is either "True" or "False".
When packing, the truth value of the argument object is used. Either 0
or 1 in the native or standard bool representation will be packed, and
any non-zero value will be "True" when unpacking.


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 type codes 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.


アプリケーション
================

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 type code
will be needed at the end of a format string to round up to the
correct byte boundary for proper alignment of consecutive 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'" type 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
======

The "struct" module also defines the following type:

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
     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)。

      Added in version 3.4.

   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。

   バージョン 3.13 で変更: The *repr()* of structs has changed.  It is
   now:

   >>> Struct('i')
   Struct('i')
