python結(jié)構(gòu)體數(shù)組

在C語(yǔ)言中我們可以通過(guò)struct關(guān)鍵字定義結(jié)構(gòu)類型，結(jié)構(gòu)中的字段占據(jù)連續(xù)的內(nèi)存空間，每個(gè)結(jié)構(gòu)體占用的內(nèi)存大小都相同，因此可以很容易地定義結(jié)構(gòu)數(shù)組。

和C語(yǔ)言一樣，在NumPy中也很容易對(duì)這種結(jié)構(gòu)數(shù)組進(jìn)行操作。

只要NumPy中的結(jié)構(gòu)定義和C語(yǔ)言中的定義相同，NumPy就可以很方便地讀取C語(yǔ)言的結(jié)構(gòu)數(shù)組的二進(jìn)制數(shù)據(jù)，轉(zhuǎn)換為NumPy的結(jié)構(gòu)數(shù)組。

假設(shè)我們需要定義一個(gè)結(jié)構(gòu)數(shù)組，它的每個(gè)元素都有name, age和salary字段。

在NumPy中可以如下定義

import numpy as np
MyType=np.dtype({
? ? 'names':['name','age','salary'],
? ? 'formats':['S32','i','f']#必須加s，且S大寫(xiě)
})
a=np.array([("tang",23,130.2),("wang",22,100.2)],
dtype=MyType)
#或者Data=np.array([(‘zero',0.,0.)]*10,dtype=MyType) #創(chuàng)建Data[2]
#Date[0]['name']="tang"

我們先創(chuàng)建一個(gè)dtype對(duì)象persontype，通過(guò)其字典參數(shù)描述結(jié)構(gòu)類型的各個(gè)字段。

字典有兩個(gè)關(guān)鍵字：names，formats。每個(gè)關(guān)鍵字對(duì)應(yīng)的值都是一個(gè)列表。

names定義結(jié)構(gòu)中的每個(gè)字段名，而formats則定義每個(gè)字段*的類型：

• S32 : 32個(gè)字節(jié)的字符串類型，由于結(jié)構(gòu)中的每個(gè)元素的大小必須固定，因此需要指定字符串的長(zhǎng)度
• i : 32bit的整數(shù)類型，相當(dāng)于np.int32
• f : 32bit的單精度浮點(diǎn)數(shù)類型，相當(dāng)于np.float32 然后我們調(diào)用array函數(shù)創(chuàng)建數(shù)組，通過(guò)關(guān)鍵字參數(shù)dtype=MyType， 指定所創(chuàng)建的數(shù)組的元素類型為結(jié)構(gòu)MyType。運(yùn)行上面程序之后，我們可以在IPython中執(zhí)行如下的語(yǔ)句查看數(shù)組a的元素類型

a.dtype

結(jié)果顯示：

dtype([('name', 'S32'), ('age', '<i4'), ('salary', '<f4')])

這里我們看到了另外一種描述結(jié)構(gòu)類型的方法： 一個(gè)包含多個(gè)組元的列表，其中形如(字段名, 類型描述) 的組元描述了結(jié)構(gòu)中的每個(gè)字段。類型描述前面為我們添加了 '<'字符，這些字符用來(lái)描述字段值的字節(jié)順序：

• <:低位字節(jié)在前
• >:高位字節(jié)在前

結(jié)構(gòu)數(shù)組的存取方式和一般數(shù)組相同，通過(guò)下標(biāo)能夠取得其中的元素，注意元素的值看上去像是組元，實(shí)際上它是一個(gè)結(jié)構(gòu)：

a[0]

結(jié)果顯示：

(b'tang', 23, 130.2)

a[0].dtype

結(jié)果顯示：

dtype([('name', 'S32'), ('age', '<i4'), ('salary', '<f4')])

a[0]是一個(gè)結(jié)構(gòu)元素，它和數(shù)組a共享內(nèi)存數(shù)據(jù)，因此可以通過(guò)修改它的字段，改變?cè)紨?shù)組中的對(duì)應(yīng)字段：

c=a[0]
c["name"]="Lian"#修改元素屬性
a[0]["name"]

結(jié)果顯示：

b'Lian'

結(jié)構(gòu)像字典一樣可以通過(guò)字符串下標(biāo)獲取其對(duì)應(yīng)的字段值：

a[1]["name"]

結(jié)果顯示：

b'wang'

我們不但可以獲得結(jié)構(gòu)元素的某個(gè)字段，還可以直接獲得結(jié)構(gòu)數(shù)組的字段，它返回的是原始數(shù)組的視圖，因此可以通過(guò)修改b[0]改變a[0][’‘age’’]：

b=a[:]["salary"]#或者a["salary"]
b

結(jié)果顯示：

array([130.2, 100.2], dtype=float32)

通過(guò)調(diào)用a.tostring或者a.tofile方法，可以直接輸出數(shù)組a的二進(jìn)制形式：

a.tofile("test.bin")

內(nèi)存對(duì)齊

C語(yǔ)言的結(jié)構(gòu)體為了內(nèi)存尋址方便，會(huì)自動(dòng)的添加一些填充用的字節(jié)，這叫做內(nèi)存對(duì)齊。例如如果把下面的name[32]改為name[30]的話，由于內(nèi)存對(duì)齊問(wèn)題，在name和age中間會(huì)填補(bǔ)兩個(gè)字節(jié)，最終的結(jié)構(gòu)體大小不會(huì)改變。

因此如果numpy中的所配置的內(nèi)存大小不符合C語(yǔ)言的對(duì)齊規(guī)范的話，將會(huì)出現(xiàn)數(shù)據(jù)錯(cuò)位。為了解決這個(gè)問(wèn)題，在創(chuàng)建dtype對(duì)象時(shí)，可以傳遞參數(shù)align=True，這樣numpy的結(jié)構(gòu)數(shù)組的內(nèi)存對(duì)齊和C語(yǔ)言的結(jié)構(gòu)體就一致了。

#include <stdio.h>

struct person
{
?? ?char name[32];
?? ?int age;
?? ?float weight;
};

struct person p[2];

void main ()
{
?? ?FILE *fp;
?? ?int i;
?? ?fp=fopen("test.bin","rb");
?? ?fread(p, sizeof(struct person), 2, fp);
?? ?fclose(fp);
?? ?for(i=0;i<2;i++)
?? ??? ?printf("%s %d %f\n", p[i].name, p[i].age, p[i].weight);
?? ?getchar();
}

用下面的字典參數(shù)也可以定義結(jié)構(gòu)類型，字典的關(guān)鍵字為結(jié)構(gòu)中字段名，值為字段的類型描述，但是由于字典的關(guān)鍵字是沒(méi)有順序的，因此字段的順序需要在類型描述中給出，類型描述是一個(gè)組元，它的第二個(gè)值給出字段的字節(jié)為單位的偏移量，例如age字段的偏移量為25個(gè)字節(jié)：

np.dtype({"name":('S25',0),"age":(np.uint8,25)})

結(jié)果顯示：

dtype([('name', 'S25'), ('age', 'u1')])

python自定義結(jié)構(gòu)體

python中沒(méi)有專門定義結(jié)構(gòu)體的方法，但可以使用class標(biāo)記定義類來(lái)代替結(jié)構(gòu)體，

其成員可以在構(gòu)造函數(shù)__init__中定義

具體方法如下

class item:
? ? def __init__(self):
? ? ? ? self.name = '' ? ? # 名稱
? ? ? ? self.size = 10 ? ? # 尺寸
? ? ? ? self.list = [] ? ? # 列表

a = item() # 定義結(jié)構(gòu)對(duì)象
a.name = 'cup'
a.size = 8
a.list.append('water')

以上為個(gè)人經(jīng)驗(yàn)，希望能給大家一個(gè)參考，也希望大家多多支持腳本之家。

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