python實現float/double的0x轉化

標籤：tput   cte   uri   儲存方式   -fpic   div   tps   else   sdn   

1. 問題引出

最近遇到了一個小問題，即：

讀取文字檔的內容，然後將檔案中出現的數字(包括double, int, float等)轉化為16進位0x儲存

原本以為非常簡單的內容，然後就著手去寫了python，但是寫著寫著發現不對：

python貌似沒辦法直接讀取記憶體資料;
因此不得不藉助於C語言，這樣又引出了python如何調用C lib

開始寫c發現又有問題了：

int 類型的資料和float/double資料在記憶體中的儲存方式是不同的

因此花了一些力氣解決了這些問題，成功得將數字轉化為了16進位0x的儲存類型，特記錄一下，以備後續查詢，也可以讓有需要的童鞋有個參考。

2. 基本知識

完成本實驗前，你必須具備以下的基礎知識：

1). float/double在記憶體中的儲存方式

浮點數在記憶體中的儲存形式為二進位的科學計數法，即


其中，S為符號，P為階碼，F為尾數
其長度如下表所示：

?	總長度	符號	階碼	尾數
float	32 bit	1	8	23
double	64 bit	1	11	52

符號位 S: 0代表正數，1代表負數
階碼位 P: 為unsigned, 計算時候，需要將實際尾數減去7F, 即實際計算用的P=eb-0x7F
尾數位 F: 用二進位科學計演算法表示後，去掉前面的恒定1,只保留小數點後的位元據

例1：32bit二進位 0x42 0xOA 0x1A 0xA0 轉化為十進位浮點數

符號位：S=0，0x42的最高位為0
階碼位：0x42<<1=0x84, 0x84-0x7F = 5
尾數位：0x0A1AA0為換算為十進位然後小數點前加1得到1.0789375

計算：1.0789375*2^5 = 34.526

例2：將十進位數50.265轉化為32位規格化的浮點數

N = 50.265
S = 0
N/2^P = 1.xxx, 因此，P=5
F=N/2^P=50.265/32=1.57078125
由以上可知：
符號位S=0
eb = P+0x7F=0x84
尾數d[2]d[1]d[0]= 0x490F5C

因此，最終結果為：0x42490F5C (記住eb需要移位哦)

2). python如何調用C lib

簡單起見，可參考該部落格：http://blog.csdn.net/golden1314521/article/details/44055523
詳細內容可參考python官方文檔：https://docs.python.org/2/library/ctypes.html

3. 代碼

I. C 代碼：讀取float所在的記憶體位址

/* *Filename: ftoc.c */ #define uchar unsigned char#define uint unsigned intvoid ftoc(float fl, uchar arr[]) {    void *pf;    pf = &fl;    uchar i;    for(i=0; i<4; i++)    {        arr[i] = *((uchar *)pf+i);    }    return ;}

II. 編譯此代碼為libftoc.so

gcc -shared -Wl,-soname,libftoc -o libftoc.so -fPIC ftoc.c

• shared: 表示需要編譯為動態庫(.so)
  
• Wl: 告訴編譯器將後面的參數傳遞給連結器
  

• soname: 指定了動態庫的soname(簡單共用名稱，Short for shared object name)

  更加詳細的介紹可參考：http://blog.csdn.net/zhoujiaxq/article/details/10213655

• o : output，即要編譯成目標檔案的名字
  

• fPIC: 地址無關代碼(.so必須加此參數)，詳情可自行搜尋

III. python 代碼

#!/usr/bin/pythonimport osimport ctypeslib_name = ‘./libftoc.so‘   #我自己的 c libfilename = "rd.txt"f1 = open(filename, ‘r‘)f2 = open(‘result.txt‘, ‘w+‘)#-----------------------------------#check the number is float or notdef is_float(s):    try:        float(s)        return True    except ValueError:        pass#-----------------------------------def ftoc(num):    number = ctypes.c_float(num) #covert the python type to c type    arr = ctypes.c_ubyte * 4    parr = arr(ctypes.c_ubyte(), ctypes.c_ubyte(), ctypes.c_ubyte(), ctypes.c_ubyte())  #create a c-type(unsigned char)  array    #access the c lib    lib_ftoc = ctypes.CDLL(lib_name)    #call the c lib function!!!    #after this function, parr contains float‘s dec_number*4    lib_ftoc.ftoc(ctypes.c_float(num), parr)        lst=[]    for i in range(4):        lst.append(parr[i])        lst[i] = hex(lst[i])[2:]    #get rid of ‘0x‘        if(len(lst[i]) < 2):            lst[i] = ‘0‘+lst[i]     #make data 8-bit    string = lst[3]+lst[2]+lst[1]+lst[0]    string = string.upper()         #uppercase the characters    return string#============================================# main flow#===========================================lst = []line = f1.readline()while line:    line.strip(‘\n‘)    lst = line.split()    for i in range(len(lst)):        #if the number is digit        if lst[i].isdigit():            lst[i] = hex(int(lst[i]))            lst[i] = lst[i][2:]         #get rid of ‘0x‘             lst[i] = lst[i].upper()                 if(len(lst[i]) < 8):                lst[i] = ‘0‘*(8-len(lst[i])) + lst[i]        #if the number is float        else:             if is_float(lst[i]):                lst[i] = ftoc(float(lst[i]))    for i in range(len(lst)):        f2.write(lst[i])        f2.write(‘ ‘)    f2.write(‘\n‘)        line = f1.readline()f2.write(‘\n‘)f1.close()f2.close()

VI. 運行結果

運行前的文檔：


運行後的結果輸出：

python實現float/double的0x轉化