将'struct'数据存储为二进制文件

Question

我需要存储一个二进制文件，这个文件的开头有一个12字节的头部，这个头部由4个字段组成。具体来说，这4个字段是：sSamples（4字节的整数）、sSampPeriod（4字节的整数）、sSampSize（2字节的整数），最后是sParmKind（2字节的整数）。

我正在使用'结构体'来定义这些变量，以便它们符合所需的字段。现在我已经分别定义了这些字段，接下来我该如何把它们合并在一起，以存储这个'12字节的头部'呢？

sSamples        = struct.pack('i', nSamples) # 4-bytes integer
sSampPeriod     = struct.pack('i', nSampPeriod) # 4-bytes integer
sSampSize       = struct.pack('H', nSampSize) # 2-bytes integer / unsigned short
sParmKind       = struct.pack('H', 9) # 2-bytes integer / unsigned short

另外，我还有一个名为npVect的浮点数组，维度为D（numpy.ndarray - float32）。我该如何在同一个二进制文件中存储这个向量，但要放在头部之后呢？

Answer 1

struct.pack这个函数会返回一个字符串，所以你可以通过简单地把字符串拼接在一起来组合这些字段：

header = sSamples + sSampPeriod + sSampSize + sParmKind
assert len( header ) == 12

Answer 2

正如Cody Brocious所说，你可以一次性把整个头部打包：

header = struct.pack('<iiHH', nSamples, nSampPeriod, nSampSize, nParmKind)

他还提到了字节序，这个很重要，如果你想把数据打包成可以在不同架构的机器上可靠解包的格式。格式字符串开头的<表示“使用小端字节序来打包这些数据”。

至于数组，你需要先打包它的长度，这样在再次读取时才能知道要解包多少个值。可以一次性完成所有操作：

flattened = npVect.ravel()  # get a 1-D array of numbers
arrSize = len(flattened)
# pack header, count of numbers, and numbers, all in one call
packed = struct.pack('<iiHHi%df' % arrSize,
    nSamples, nSampPeriod, nSampSize, nParmKind, arrSize, *flattened)

根据你的数组可能有多大，你可能会得到一个非常大的字符串，这个字符串代表了整个二进制文件的内容。你可能需要考虑一些不需要将整个文件放在内存中的替代方案，而不是使用struct。

解包：

fmt = '<iiHHi'
nSamples, nSampPeriod, nSampSize, nParmKind, arrSize = struct.unpack(fmt, packed)
# Use unpack_from to start reading after the packed header and count
flattened = struct.unpack_from('<%df' % arrSize, packed, struct.calcsize(fmt))
npVect = np.ndarray(flattened, dtype='float32').reshape(# your dimensions go here
    )

编辑：哎呀，数组的格式并没有那么简单 :) 不过大体思路是对的：用你喜欢的任何方法把数组扁平化成一个数字列表，先打包值的数量，然后再打包每个值。在另一边，读取这个数组时作为一个扁平的列表，然后根据需要施加任何结构。

编辑：把格式字符串改成使用重复说明符，而不是字符串乘法。感谢John Machin的提醒。

编辑：添加了numpy代码，用于在打包前扁平化数组，并在解包后重建它。