在Python中处理类C结构化字节流

以处理CAN数据帧为例,在Python中对VCI_CAN_OBJ的封装如下:

class VCI_CAN_OBJ(Structure):
    _fields_ = [('ID', c_uint),             # 报文ID,靠右对齐
                ("TimeStamp", c_uint),      # 时间戳,计时单位为 0.1ms
                ("TimeFlag", c_ubyte),      # 是否使用时间戳
                ('SendType', c_ubyte),      # 发送帧类型
                ('RemoteFlag', c_ubyte),    # 是否为远程帧
                ('ExternFlag', c_ubyte),    # 是否为拓展帧
                ('DataLen', c_ubyte),       # 数据长度
                ('Data', c_ubyte * 8),      # 报文数据
                ('Reserved', c_ubyte * 3)]  # 系统保留

直接将canObj转换至十六进制字符串

其中使用了Python内建的字符串格式化处理函数 format

def canObj2hexStr(canObj):
    id = "{:08x}".format(canObj.ID)
    timeStamp = "{:08x}".format(canObj.TimeStamp)
    timeFlag = "{:02x}".format(canObj.TimeFlag)
    sendType = "{:02x}".format(canObj.SendType)
    remoteFlag = "{:02x}".format(canObj.RemoteFlag)
    externFlag = "{:02x}".format(canObj.ExternFlag)
    dataLen = "{:02x}".format(canObj.DataLen)
    data = "".join(["{:02x}".format(i) for i in list(canObj.Data)])
    reserved = "".join(["{:02x}".format(i) for i in list(canObj.Reserved)])
    hexStr = "%s%s%s%s%s%s%s%s%s"%(id, timeStamp, timeFlag, sendType, remoteFlag, externFlag, dataLen, data, reserved)
    return hexStr
  • 将十进制整数转换为hexStr(十六进制字符串)或binStr(二进制字符串)
>>> n = 123456789
>>> hexStr = "{:08x}".format(n)
>>> binStr = "{:032b}".format(n)
>>> hexStr
'075bcd15'
>>> binStr
'00000111010110111100110100010101'
  • 32位无符号整型可表示的最大数值为4294967296,基于每一个十六进制位可以代表4个二进制位,故选用8位十六进制数足以容纳 n
  • format 格式化输出
    • 字符的对齐与填充:{:[用于填充的ASCII字符][对齐方式][定长]}
      • 填充字符:单个ASCII字符(默认填充空格)
      • 对齐方式:^(居中)、<(左对齐)、>(右对齐)
    • 浮点小数输出:{:.[精度]f}
    • 使用逗号分隔金额数值:{:,}
    • 数值的制定进制下显示
      • 二进制:b
      • 十进制:d
      • 八进制:o
      • 十六进制:x
    • 其他
      • !s:将对象格式化转换成字符串
      • !a:将对象格式化转换成ASCII
      • !r:将对象格式化转换成repr

提取C结构体内容字节成帧

def canObj2frame(canObj):
    """将C结构体canObj转换至字节帧"""
    addr = addressof(canObj)
    size = sizeof(canObj)
    frame = string_at(addr,size)
    return frame

将字节帧转换至十六进制字符串

def frame2hexStr(frame):
    """将字节帧转换至十六进制字符串"""
    hexStr = frame.hex()
    return hexStr

将十六进制字符串转换至字节帧

def hexStr2frame(hexStr):
    """将十六进制字符串转换至字节帧"""
    frame = bytes.fromhex(hexStr)
    return frame

顺带也提一下普通字符串与字节流之间的转换

字符串转bytes

# str object
s = "str example"
# str to bytes 字符串转字节
bytes(s, encoding="utf8")
# an alternative method
str.encode(s)

bytes转字符串

#bytes object
b = b"byte example"
# bytes to str  字节转字符串
str(b, encoding="utf-8")
# an alternative method
bytes.decode(b)

参考

在网上看到的相关优质博文:
ctypes+struct实现类c的结构化数据串行处理
使用 ctypes 进行 Python 和 C 的混合编程

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