Python Struct: Cách sử dụng dataclass và struct để quản lý dữ liệu hiệu quả

1. Sự cần thiết của cấu trúc dữ liệu trong Python

Những tình huống cảm thấy cần cấu trúc

• Khi cần quản lý lượng lớn dữ liệu liên quan: Ví dụ như quản lý thông tin người dùng hoặc dữ liệu sản phẩm, trong đó có nhiều thuộc tính cần xử lý cùng lúc.
• Xử lý file và truyền thông mạng: Việc đóng gói (pack) và giải nén (unpack) dữ liệu nhị phân, hoặc gửi và nhận dữ liệu theo định dạng cụ thể, rất hiệu quả khi sử dụng cách quản lý dữ liệu giống cấu trúc trong C.

2. Mô phỏng cấu trúc bằng dataclass trong Python

Cách sử dụng cơ bản và ví dụ ứng dụng của dataclass

from dataclasses import dataclass

@dataclass
class Book:
    title: str
    author: str
    price: float

book1 = Book("Python入門", "佐藤", 2800)
print(book1)  # Output: Book(title='Python入門', author='佐藤', price=2800)

Chức năng nâng cao của dataclass

@dataclass
class Product:
    name: str
    price: float = 0.0  # Giá trị mặc định

3. Thao tác dữ liệu kiểu cấu trúc với mô-đun struct trong Python

Cách sử dụng cơ bản của mô-đun struct

import struct

# Đóng gói số nguyên và số thực thành byte
packed_data = struct.pack('if', 1024, 3.14)
print(packed_data)  # Output: b'x00x04x00x00xc3xf5H@'

# Giải nén từ byte
unpacked_data = struct.unpack('if', packed_data)
print(unpacked_data)  # Output: (1024, 3.140000104904175)

Cách xử lý dữ liệu phức tạp hơn

packed_data = struct.pack('i4sf', 1, b'test', 2.7)
print(packed_data)  # Output: b'x01x00x00x00testxcdxcc,@'

unpacked_data = struct.unpack('i4sf', packed_data)
print(unpacked_data)  # Output: (1, b'test', 2.700000047683716)

4. Khi nào nên dùng dataclass và khi nào nên dùng struct

Khi nào nên dùng dataclass

• Khi cần quản lý dữ liệu nhẹ: dataclass phù hợp khi muốn xử lý dữ liệu như một struct đơn giản. Ví dụ: quản lý thông tin người dùng trong ứng dụng web.
• Khi ưu tiên khả năng đọc và linh hoạt: Rất phù hợp trong dự án cần tăng tốc độ phát triển và mã nguồn dễ hiểu.

Khi nào nên dùng struct

• Khi liên quan đến dữ liệu nhị phân: Đặc biệt trong truyền thông mạng hoặc xử lý file nhị phân, struct cho phép chuyển đổi dữ liệu thành chuỗi byte hiệu quả.
• Khi cần tối ưu bộ nhớ: Rất hữu ích khi xử lý lượng lớn dữ liệu dưới dạng byte để quản lý tối ưu tài nguyên.

5. Ví dụ thực tế với cấu trúc dữ liệu

Ví dụ với dataclass: Hệ thống quản lý sản phẩm

from dataclasses import dataclass

@dataclass
class Product:
    name: str
    price: float
    stock: int

# Tạo dữ liệu sản phẩm
product1 = Product("Laptop", 150000, 30)
product2 = Product("Điện thoại", 80000, 50)

print(product1)  # Output: Product(name='Laptop', price=150000, stock=30)

Ví dụ với struct: Truyền dữ liệu nhị phân qua mạng

import struct

# Đóng gói dữ liệu để gửi (ví dụ gửi tới server)
data_to_send = struct.pack('i4sf', 42, b'data', 7.5)
print(data_to_send)  # Output: b'x2ax00x00x00datax00x00x00x00x00x00x00'

# Giải nén ở phía nhận
received_data = struct.unpack('i4sf', data_to_send)
print(received_data)  # Output: (42, b'data', 7.5)

6. Kết luận

• dataclass: phù hợp khi cần định nghĩa cấu trúc dữ liệu nhẹ, dễ đọc, dễ bảo trì, thường dùng trong phát triển ứng dụng và xử lý dữ liệu.
• struct: phù hợp khi làm việc với dữ liệu nhị phân, ưu tiên hiệu suất và tiết kiệm bộ nhớ, thường dùng trong truyền thông mạng và file nhị phân.