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如何用python实现结构体数组_python_
2023-05-26 12:30:05
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简介 如何用python实现结构体数组_python_
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
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
a.dtype
结果显示:
dtype([('name', 'S32'), ('age', '
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:
a[0]
结果显示:
(b'tang', 23, 130.2) a[0].dtype
结果显示:
dtype([('name', 'S32'), ('age', '
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:
c=a[0] c["name"]="Lian"#修改元素属性 a[0]["name"]
结果显示:
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:
a[1]["name"]
结果显示:
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’’]:
b=a[:]["salary"]#或者a["salary"] b
结果显示:
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:
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。
#includestruct 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:
np.dtype({"name":('S25',0),"age":(np.uint8,25)})
结果显示:
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
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。