3.5 字節(jié)到大整數(shù)的打包與解包

問題

你有一個字節(jié)字符串并想將它解壓成一個整數(shù)。或者，你需要將一個大整數(shù)轉(zhuǎn)換為一個字節(jié)字符串。

解決方案

假設(shè)你的程序需要處理一個擁有128位長的16個元素的字節(jié)字符串。比如：

data = b'\x00\x124V\x00x\x90\xab\x00\xcd\xef\x01\x00#\x004'

為了將bytes解析為整數(shù)，使用 int.from_bytes() 方法，并像下面這樣指定字節(jié)順序：

>>> len(data)
16
>>> int.from_bytes(data, 'little')
69120565665751139577663547927094891008
>>> int.from_bytes(data, 'big')
94522842520747284487117727783387188
>>>

為了將一個大整數(shù)轉(zhuǎn)換為一個字節(jié)字符串，使用 int.to_bytes() 方法，并像下面這樣指定字節(jié)數(shù)和字節(jié)順序：

>>> x = 94522842520747284487117727783387188
>>> x.to_bytes(16, 'big')
b'\x00\x124V\x00x\x90\xab\x00\xcd\xef\x01\x00#\x004'
>>> x.to_bytes(16, 'little')
b'4\x00#\x00\x01\xef\xcd\x00\xab\x90x\x00V4\x12\x00'
>>>

討論

大整數(shù)和字節(jié)字符串之間的轉(zhuǎn)換操作并不常見。然而，在一些應(yīng)用領(lǐng)域有時候也會出現(xiàn)，比如密碼學(xué)或者網(wǎng)絡(luò)。例如，IPv6網(wǎng)絡(luò)地址使用一個128位的整數(shù)表示。如果你要從一個數(shù)據(jù)記錄中提取這樣的值的時候，你就會面對這樣的問題。

作為一種替代方案，你可能想使用6.11小節(jié)中所介紹的struct模塊來解壓字節(jié)。這樣也行得通，不過利用struct模塊來解壓對于整數(shù)的大小是有限制的。因此，你可能想解壓多個字節(jié)串并將結(jié)果合并為最終的結(jié)果，就像下面這樣：

>>> data
b'\x00\x124V\x00x\x90\xab\x00\xcd\xef\x01\x00#\x004'
>>> import struct
>>> hi, lo = struct.unpack('>QQ', data)
>>> (hi << 64) + lo
94522842520747284487117727783387188
>>>

字節(jié)順序規(guī)則(little或big)僅僅指定了構(gòu)建整數(shù)時的字節(jié)的低位高位排列方式。我們從下面精心構(gòu)造的16進(jìn)制數(shù)的表示中可以很容易的看出來：

>>> x = 0x01020304
>>> x.to_bytes(4, 'big')
b'\x01\x02\x03\x04'
>>> x.to_bytes(4, 'little')
b'\x04\x03\x02\x01'
>>>

如果你試著將一個整數(shù)打包為字節(jié)字符串，那么它就不合適了，你會得到一個錯誤。如果需要的話，你可以使用 int.bit_length() 方法來決定需要多少字節(jié)位來存儲這個值。

>>> x = 523 ** 23
>>> x
335381300113661875107536852714019056160355655333978849017944067
>>> x.to_bytes(16, 'little')
Traceback (most recent call last):
File "<stdin>", line 1, in <module>
OverflowError: int too big to convert
>>> x.bit_length()
208
>>> nbytes, rem = divmod(x.bit_length(), 8)
>>> if rem:
... nbytes += 1
...
>>>
>>> x.to_bytes(nbytes, 'little')
b'\x03X\xf1\x82iT\x96\xac\xc7c\x16\xf3\xb9\xcf...\xd0'
>>>