如题所述,本文将介绍 Python 和 C++ 之间的数据交互问题。我们的目标是,在 Python 中将结构性数据保存为二进制文件,然后在 C++ 中将二进制文件数据加载到结构体,直接就可以使用,不需要再进行其他的数据转换。
作为测试,这里我们使用的结构性数据,其数据结构如下:
typedef struct {
int a;
float b;
int array[10]; //array[10];
int matrix[3][3]; //matrix[3][3];
float tensor[2][3][4]; //tensor[2][3][4];
} MyStruct;
通过下面的代码,即可将上述结构性数据保存为二进制文件“data.bin”:
import struct
import numpy as np
# 定义多个嵌套的Struct实例
struct_int_float = struct.Struct('if')
struct_array = struct.Struct('10i')
struct_matrix = struct.Struct('9i')
struct_tensor = struct.Struct('24f')
int_a = 123
float_b = 3.14
int_array = [1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10]
int_matrix = [
[1, 2, 3],
[4, 5, 6],
[7, 8, 9]
]
float_tensor = [
[
[1.1, 1.2, 1.3, 1.4],
[2.1, 2.2, 2.3, 2.4],
[3.1, 3.2, 3.3, 3.4]
],
[
[4.1, 4.2, 4.3, 4.4],
[5.1, 5.2, 5.3, 5.4],
[6.1, 6.2, 6.3, 6.4]
]
]
# 由列表转为数组格式, 方便后面进行一维展开
int_array = np.array(int_array)
int_matrix = np.array(int_matrix)
float_tensor = np.array(float_tensor)
# 将结构体实例中的各字段打包为字节串
# 多维数组需要先进行一维展开, 然后才能进行打包
packed_a_b = struct_int_float.pack(int_a, float_b)
packed_array = struct_array.pack(*int_array)
packed_matrix = struct_matrix.pack(*int_matrix.flatten())
packed_tensor = struct_tensor.pack(*float_tensor.flatten())
# 将各字段的字节串连接为最终的字节串
packed_data = packed_a_b + packed_array + packed_matrix + packed_tensor
# 将字节串写入二进制文件
with open('data.bin', 'wb') as f:
f.write(packed_data)
print("[Info]---------- Finished ----------")
运行结果如下图所示:
上面我们将结构性数据保存为了二进制文件,那么在 python 中我们如何将二进制文件解析成结构性数据呢?至少我们得验证一下保存的文件是否正确。
完整的代码如下:
import struct
import numpy as np
# 定义多个嵌套的Struct实例
struct_int_float = struct.Struct('if')
struct_array = struct.Struct('10i')
struct_matrix = struct.Struct('9i')
struct_tensor = struct.Struct('24f')
# 从二进制文件中读取数据
with open('data.bin', 'rb') as f:
packed_data = f.read()
# 解包数据为元组
data_a_b = struct_int_float.unpack(packed_data[:8])
data_array = struct_array.unpack(packed_data[8:48])
data_matrix = struct_matrix.unpack(packed_data[48:84])
data_tensor = struct_tensor.unpack(packed_data[84:180])
# 将解包后的数据转换为结构体实例
# 先转成 array 格式, 方便后面的 reshape 操作
int_a, float_b = data_a_b
int_array = np.array(data_array)
int_matrix = np.array(data_matrix)
float_tensor = np.array(data_tensor)
int_matrix = int_matrix.reshape(3, 3)
float_tensor = float_tensor.reshape(2, 3, 4)
print("===============================================================")
print(f'int_a = {int_a}')
print('float_b = {:.4f}'.format(float_b))
print("===============================================================")
print('int_array = {}'.format(int_array))
print("===============================================================")
print('int_matrix = {}'.format(int_matrix))
print("===============================================================")
print('float_tensor = {}'.format(float_tensor.round(4)))
print("===============================================================")
print("[Info]---------- Finished ----------")
程序运行结果如下图所示(可以看到,数据与我们保存进去的是一致的):
在前言中我们提到,我们的目的就是在 C++ 中直接将 Python 保存的二进制数据加载到结构体进行使用,不需要再做额外的数据转换。那么,该如何做呢?请看下面的完整代码:
#include
#include
using namespace std;
typedef struct {
int a;
float b;
int array[10]; //array[10];
int matrix[3][3]; //matrix[3][3];
float tensor[2][3][4]; //tensor[2][3][4];
} MyStruct;
int main()
{
std::string file_path = "data.bin";
// 打开要读取的二进制文件
std::ifstream input_file(file_path, std::ios::binary);
// 检查文件是否成功打开
if (!input_file.is_open()) {
// 文件打开失败
std::cout << "open " << file_path << "failed !" << std::endl;
return -1;
}
// 获取文件大小
input_file.seekg(0, std::ios::end);
std::streampos file_size = input_file.tellg();
input_file.seekg(0, std::ios::beg);
std::cout << "file_size = " << file_size << std::endl;
// 读取文件到缓冲区
char* buffer = new char[file_size];
input_file.read(buffer, file_size);
// 关闭文件
input_file.close();
// 将缓冲区中的数据转换为结构体
MyStruct* my_struct = reinterpret_cast(buffer);
// 输出结构体的数据
std::cout << "===============================================================" << std::endl;
std::cout << "a = " << my_struct->a << std::endl;
std::cout << "b = " << my_struct->b << std::endl;
std::cout << "===============================================================" << std::endl;
std::cout << "array = [" << " ";
int array_len = sizeof(my_struct->array)/sizeof(my_struct->array[0]);
for (int i = 0; i < array_len; i++) {
std::cout << my_struct->array[i] << ", ";
}
std::cout << "]" <matrix[i][j] << ", ";
}
std::cout << "]," <tensor[i][j][k] << ", ";
}
std::cout << "]," <
程序运行效果,如下图所示:
可以看到,我们在 C++ 中读取二进制数据后,直接加载到结构体中,最终显示出来的正是我们预期的数据。
至此,关于在 Python 中如何将 C++ 结构体数据保存为二进制文件的介绍就结束了,希望对大家能有所帮助。如果觉得不错的话,可以帮忙点个赞哦。
页面更新:2024-05-27
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