python结构体数组
在C语言中我们可以通过struct关键字定义结构类型,结构中的字段占据连续的内存空间,每个结构体占用的内存大小都相同,因此可以很容易地定义结构数组。
和C语言一样,在NumPy中也很容易对这种结构数组进行操作。
只要NumPy中的结构定义和C语言中的定义相同,NumPy就可以很方便地读取C语言的结构数组的二进制数据,转换为NumPy的结构数组。
假设我们需要定义一个结构数组,它的每个元素都有name, age和salary字段。
在NumPy中可以如下定义
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import numpy as np MyType = np.dtype({ 'names' :[ 'name' , 'age' , 'salary' ], 'formats' :[ 'S32' , 'i' , 'f' ] #必须加s,且S大写 }) a = np.array([( "tang" , 23 , 130.2 ),( "wang" , 22 , 100.2 )], dtype = MyType) #或者Data=np.array([(‘zero',0.,0.)]*10,dtype=MyType) #创建Data[2] #Date[0]['name']="tang" |
我们先创建一个dtype对象persontype,通过其字典参数描述结构类型的各个字段。
字典有两个关键字:names,formats。每个关键字对应的值都是一个列表。
names定义结构中的每个字段名,而formats则定义每个字段*的类型:
- S32 : 32个字节的字符串类型,由于结构中的每个元素的大小必须固定,因此需要指定字符串的长度
- i : 32bit的整数类型,相当于np.int32
- f : 32bit的单精度浮点数类型,相当于np.float32 然后我们调用array函数创建数组,通过关键字参数dtype=MyType, 指定所创建的数组的元素类型为结构MyType。运行上面程序之后,我们可以在IPython中执行如下的语句查看数组a的元素类型
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a.dtype |
结果显示:
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dtype([( 'name' , 'S32' ), ( 'age' , '<i4' ), ( 'salary' , '<f4' )]) |
这里我们看到了另外一种描述结构类型的方法: 一个包含多个组元的列表,其中形如(字段名, 类型描述) 的组元描述了结构中的每个字段。类型描述前面为我们添加了 '<'字符,这些字符用来描述字段值的字节顺序:
- <:低位字节在前
- >:高位字节在前
结构数组的存取方式和一般数组相同,通过下标能够取得其中的元素,注意元素的值看上去像是组元,实际上它是一个结构:
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a[ 0 ] |
结果显示:
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(b 'tang' , 23 , 130.2 ) a[ 0 ].dtype |
结果显示:
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dtype([( 'name' , 'S32' ), ( 'age' , '<i4' ), ( 'salary' , '<f4' )]) |
a[0]是一个结构元素,它和数组a共享内存数据,因此可以通过修改它的字段,改变原始数组中的对应字段:
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c = a[ 0 ] c[ "name" ] = "Lian" #修改元素属性 a[ 0 ][ "name" ] |
结果显示:
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b 'Lian' |
结构像字典一样可以通过字符串下标获取其对应的字段值:
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a[ 1 ][ "name" ] |
结果显示:
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b 'wang' |
我们不但可以获得结构元素的某个字段,还可以直接获得结构数组的字段,它返回的是原始数组的视图,因此可以通过修改b[0]改变a[0][’‘age’’]:
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b = a[:][ "salary" ] #或者a["salary"] b |
结果显示:
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array([ 130.2 , 100.2 ], dtype = float32) |
通过调用a.tostring或者a.tofile方法,可以直接输出数组a的二进制形式:
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a.tofile( "test.bin" ) |
内存对齐
C语言的结构体为了内存寻址方便,会自动的添加一些填充用的字节,这叫做内存对齐。例如如果把下面的name[32]改为name[30]的话,由于内存对齐问题,在name和age中间会填补两个字节,最终的结构体大小不会改变。
因此如果numpy中的所配置的内存大小不符合C语言的对齐规范的话,将会出现数据错位。为了解决这个问题,在创建dtype对象时,可以传递参数align=True,这样numpy的结构数组的内存对齐和C语言的结构体就一致了。
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#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(); } |
用下面的字典参数也可以定义结构类型,字典的关键字为结构中字段名,值为字段的类型描述,但是由于字典的关键字是没有顺序的,因此字段的顺序需要在类型描述中给出,类型描述是一个组元,它的第二个值给出字段的字节为单位的偏移量,例如age字段的偏移量为25个字节:
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np.dtype({ "name" :( 'S25' , 0 ), "age" :(np.uint8, 25 )}) |
结果显示:
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dtype([( 'name' , 'S25' ), ( 'age' , 'u1' )]) |
python自定义结构体
python中没有专门定义结构体的方法,但可以使用class标记定义类来代替结构体,
其成员可以在构造函数__init__中定义
具体方法如下
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class item: def __init__( self ): self .name = '' # 名称 self .size = 10 # 尺寸 self . list = [] # 列表 a = item() # 定义结构对象 a.name = 'cup' a.size = 8 a. list .append( 'water' ) |
以上为个人经验,希望能给大家一个参考,也希望大家多多支持服务器之家。
原文链接:https://blog.csdn.net/taw19960426/article/details/101057060