Python科学运算之结构数组

三体智子

http://www.bizhi88.com/bizhi/320045.html

聊起结构体,其实应该说说C语言的结构体~

首先接触的C 数组允许定义可存储相同类型数据项的变量，而结构是 C 编程中另一种用户自定义的可用的数据类型，它允许你存储不同类型的数据项。

最后最重要的一点是结构用于表示一条记录,因为一个记录里面有很多的子选项,比如你必有一个名字,还有相关的属性数据.

闲话不多说,先写一个结构体出来

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。这里用字典这个数据结构无疑是最合适的.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=persontype， 指定所创建的数组的元素类 型为结构persontype。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

此为结果

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 `|', `<' 等字符，这些字符用来描述字 段值的字节顺序：

里面就是这三种的符号

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]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：

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：

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：

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'']：

我们可以生成一个二进制的文件

一个bin文件

打开以后是这样的

#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();
}

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。

我们可以写一个C语言来进行对二进制数据的解码

注意,一定要构造一个存放数据的容器

这部分代码就是解码的核心程序

结构类型中可以包括其它的结构类型，下面的语句创建一个有一个字段f1的结构，f1的值是另外一个结构，它有字段f2，其类型为16bit整数

当某个字段类型为数组时，用组元的第三个参数表示，下面描述的f1字段是一个shape为(2,3)的双精度浮点数组

就是这样

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：

https://numpy.org/doc/stable/search.html?q=dtype

对于一些具体的疑问,其实就是看官方的文档是最好的

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可以把翻译打开看看

https://github.com/numpy/numpy/blob/v1.20.0/numpy/__init__.py

在GitHub上面是原版的文档

可以看到dtype就是一种内置的数据结构