面试题：Python 二进制文件读写中的数据结构处理

Question

假设有一个自定义的结构体数据，例如包含 `int` 类型的 ID 和 `char[10]` 类型的名称，使用 Python 如何将这样的数据以二进制形式写入文件，并在之后准确无误地读取出来？请写出完整代码，并解释在处理不同数据类型时所使用的方法及原理。

Answer 1

import struct


class CustomStruct:
    def __init__(self, id_num, name):
        self.id = id_num
        self.name = name


def write_struct_to_file(struct_obj, file_path):
    with open(file_path, 'wb') as f:
        packed_id = struct.pack('!i', struct_obj.id)
        name_bytes = struct_obj.name.encode('utf-8')
        # 确保name为10个字节，如果不足10个字节，使用空格填充
        name_bytes = name_bytes.ljust(10, b' ')
        f.write(packed_id)
        f.write(name_bytes)


def read_struct_from_file(file_path):
    with open(file_path, 'rb') as f:
        packed_id = f.read(4)
        id_num = struct.unpack('!i', packed_id)[0]
        name_bytes = f.read(10)
        name = name_bytes.decode('utf-8').rstrip()
        return CustomStruct(id_num, name)


# 示例使用
if __name__ == "__main__":
    custom_struct = CustomStruct(123, "example")
    write_struct_to_file(custom_struct, "test.bin")
    read_struct = read_struct_from_file("test.bin")
    print(f"ID: {read_struct.id}, Name: {read_struct.name}")

代码解释

1. 导入 struct 模块：struct 模块用于处理 C 结构的二进制数据。它提供了 pack 和 unpack 函数，用于将 Python 值转换为 C 结构的二进制表示，以及将二进制数据解析为 Python 值。
2. 定义 CustomStruct 类：这是自定义的结构体，包含 id（int 类型）和 name（char[10] 类型在 Python 中使用长度为10的字符串模拟）。
3. write_struct_to_file 函数：
   • 以二进制写入模式打开文件。
   • 使用 struct.pack('!i', struct_obj.id) 将 int 类型的 id 打包成网络字节序（大端序，由 ! 表示）的二进制数据。i 表示 int 类型。
   • 将 name 编码为字节串，并使用 ljust 方法确保长度为10个字节，不足则用空格填充。
   • 依次将打包后的 id 和处理后的 name 字节串写入文件。
4. read_struct_from_file 函数：
   • 以二进制读取模式打开文件。
   • 读取4个字节（int 类型的大小）作为 packed_id，然后使用 struct.unpack('!i', packed_id) 解包为 int 类型的 id_num。
   • 读取10个字节作为 name_bytes，将其解码为字符串，并使用 rstrip 方法去除可能存在的填充空格。
   • 返回一个新的 CustomStruct 对象。
5. 示例使用：创建一个 CustomStruct 对象，将其写入文件，然后从文件中读取并打印内容，验证写入和读取的准确性。