如何在Python中进行32位整数的字节交换？

Question

以这个例子为例：

i = 0x12345678
print("{:08x}".format(i))
   # shows 12345678
i = swap32(i)
print("{:08x}".format(i))
   # should print 78563412

如何编写swap32-function()函数？有没有一种在Python中用内置工具进行int字节交换的方法？

- Patrick B.

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或者，如果你首先将数字转换为字节数组，可以使用 array.byteswap() 方法。 - aruisdante

我找到了这个问题，但它的标题与提问者所要求的内容不符...我修改了它的标题。 - Patrick B.

你的例子是交换了4位二进制块的顺序，而不是字节。如果你交换四个字节的顺序 { 12 34 56 78 }，它将变成 { 78 56 34 12 }。 - AaronF

@AaronF 什么？你的“it would be”正是我在评论中写的。 - Patrick B.

我的错。我误读成了87654321。对此很抱歉。你是正确的。 - AaronF

Answer 1

一种方法是使用struct模块：

def swap32(i):
    return struct.unpack("<I", struct.pack(">I", i))[0]

首先，您需要使用某种字节序将整数打包为二进制格式，然后使用另一种字节序对其进行解包（甚至无论您使用哪种组合，因为您只想交换字节序）。

- Carsten

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swap32(12345678) 的结果应该是什么？ - Shahriar

哦，我明白了。谢谢。 - Shahriar

@AerofoilKite 要小心，不要被 {:08x} 的输出所迷惑，它省略了 0x。12345678 != 0x12345678。 - Patrick B.

@Carsten，“i”格式在函数pack和unpack中表示有符号整数。因此，像0x87654321这样的值在您的定义中处理不好。要将值视为无符号值，可以使用格式“I”：struct.unpack("<I", struct.pack(">I", i))[0] - Artem Zankovich

@ArtemZankovich 谢谢！我忘记了。我已经相应地更新了我的答案。 - Carsten

Answer 2

大端字节序指的是32位整数的布局方式，最高有效字节排在第一位，

例如： 0x12345678 的存储布局为

msb             lsb
+------------------+
| 12 | 34 | 56 | 78|
+------------------+

当使用小端序时，内存布局如下：

lsb             msb
+------------------+
| 78 | 56 | 34 | 12|
+------------------+

所以您可以通过一些位掩码和移位来在它们之间进行转换:

def swap32(x):
    return (((x << 24) & 0xFF000000) |
            ((x <<  8) & 0x00FF0000) |
            ((x >>  8) & 0x0000FF00) |
            ((x >> 24) & 0x000000FF))

- nos

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我会这样做，但它并没有使用“内置”的功能，这就是为什么我接受了其他答案的原因。 - Patrick B.

按位移位、或运算和与运算是最基本的操作之一。 - Michael Leonard

Answer 3

从Python 3.2开始，您可以将函数swap32()定义为以下内容：

在Python 3.2及以上版本中，可以按照以下方式定义swap32()函数：

def swap32(x):
    return int.from_bytes(x.to_bytes(4, byteorder='little'), byteorder='big', signed=False)

它使用字节数组来表示这个值，并通过在转换回整数时改变字节序来反转字节的顺序。

- Artem Zankovich

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不错！还可以轻松地修改为64位整数。 - Andriy Makukha

Answer 4

也许更简单的方式是使用socket库。

from socket import htonl

swapped = htonl (i)
print (hex(swapped))

就是这样。这个库还可以通过ntohl在另一个方向上工作。

- RobD

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错误，这在大端系统上不起作用。这就是 htonl 的全部意义所在。 - Glenn Maynard

Answer 5

Array 模块提供了一个 byteswap() 方法，用于固定大小的项目。 该数组模块似乎在 Python 2.7 版本中就已经存在了。

array.byteswap() “Byteswap” 数组的所有项目。这仅支持大小为 1、2、4 或 8 字节的值；

除了 fromfile() 和 tofile() 方法外，该模块非常容易使用：

import array

# Open a data file.
input_file = open( 'my_data_file.bin' , 'rb' )

# Create an empty array of unsigned 4-byte integers.
all_data = array.array( 'L' )

# Read all the data from the file.
all_data.fromfile( input_file , 16000 )               # assumes the size of the file

# Swap the bytes in all the data items.
all_data.byteswap( )

# Write all the data to a new file.
output_file = open( filename[:-4] + '.new' , 'wb' )    # assumes a three letter extension
all_data.tofile( output_file )

# Close the files.
input_file.close( )
output_file_close( )

上述代码对我有用，因为我有固定大小的数据文件。有更多Pythonic的方法来处理可变长度的文件。

- noodle7