Python二进制通信：struct、array、ctypes模块比较

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jackcode

发布于 2023-03-01 15:52:28

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发布于 2023-03-01 15:52:28

Python是一种广泛应用于数据处理和网络编程的语言。在与C语言或其他设备进行二进制通信时，Python需要使用一些专门的模块来转换数据格式。本文将介绍三个常用的模块：struct、array、ctypes，并从结构说明和性能分析两方面进行比较。

模块	结构说明	适用范围
struct	提供了pack和unpack函数，可以将Python数据转换为字节流，或者将字节流转换为Python数据。它适合处理简单的数据结构，如整数、浮点数、字符串等，但不支持复杂的数据结构，如指针、数组、结构体等。	适合处理简单且固定长度的数据
array	提供了一个类似于列表的对象，可以存储一组相同类型的值，并且占用更少的内存空间。它适合处理一维数组，但不支持多维数组或其他复杂类型。	适合处理大量相同类型且长度可变的数据
ctypes	提供了Structure类，可以直接定义与C语言中相同的结构体，并且支持指针、数组等复杂类型。它适合处理复杂的数据结构，并且可以方便地与动态链接库交互。	适合处理复杂且长度不定

从上图可以看出，在二进制通信中，

struct模块有最高的效率，因为它直接使用Python内置的C函数进行数据转换，而不需要额外的对象或内存分配。它也支持缓冲区协议，可以避免数据拷贝。
array模块有最低的效率，因为它需要创建一个数组对象，并且每次转换数据都需要调用方法或属性。它也不支持缓冲区协议，所以不能直接与动态链接库交互。
ctypes模块的效率介于struct和array之间，因为它可以直接定义与C语言兼容的数据类型，并且支持缓冲区协议。但是它也需要创建一些对象，并且有一些额外的开销。

综上所述，如果需要处理简单的数据结构，struct模块在二进制通信中有最高的效率。但是，如果需要处理复杂的数据结构，ctypes模块可能是一个更好的选择，因为它支持指针、数组等复杂类型。array模块适合处理一维数组，但在性能方面较低，不支持缓冲区协议，所以不能直接与动态链接库交互。

下面使用ctypes模块进行通信：

# 导入ctypes模块
import ctypes

# 定义一个C语言中的结构体
class Data(ctypes.Structure):
    # 指定结构体的字段和类型
    _fields_ = [
        ("id", ctypes.c_int),
        ("name", ctypes.c_char * 20),
        ("value", ctypes.c_float)
    ]

# 创建一个Data数组，并赋值
data_array = (Data * 3)()
data_array[0].id = 1
data_array[0].name = b"jack"
data_array[0].value = 3.14
data_array[1].id = 2
data_array[1].name = b"rose"
data_array[1].value = 4.56
data_array[2].id = 3
data_array[2].name = b"jack"
data_array[2].value = 7.89

# 导入httpx模块和threading模块
import httpx
import threading

# 代理服务器(产品官网 www.16yun.cn)
proxyHost = "t.16yun.cn"
proxyPort = "31111"

# 代理验证信息
proxyUser = "16yun"
proxyPass = "16ip"

proxyMeta = "http://%(user)s:%(pass)s@%(host)s:%(port)s" % {
    "host": proxyHost,
    "port": proxyPort,
    "user": proxyUser,
    "pass": proxyPass,
}

# 设置 http和https访问都是用HTTP代理
proxies = {
    "http://": proxyMeta,
    "https://": proxyMeta,
}

# 定义一个函数，用于发送POST请求，并接收响应内容
def send_request(data):
    # 将Data对象转换为字节流
    bytes_data = bytes(data)

    # 创建一个httpx客户端，并设置爬虫加强版代理IP
    client = httpx.Client(proxies)

    # 发送POST请求，将字节流作为请求体，并设置超时时间为10秒钟
    response = client.post("http://www.16yun.cn/api", data=bytes_data, timeout=10)

    # 打印响应状态码和内容
    print(response.status_code)
    print(response.text)

# 遍历Data数组中的每个元素，判断其name是否等于jack，如果是，则创建一个线程并执行send_request函数，并将该元素作为参数传递给函数；如果不是，则跳过该元素。
for data in data_array:
    if data.name == b"jack":
        thread = threading.Thread(target=send_request, args=(data,))
        thread.start()

上述代码通过ctypes.Structure实现指针、数组的复杂类型，然后使用代理IP进行post，实现快速的二进制通信。

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