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如何用python实现结构体数组

2024-04-02 19:55

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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:

a.dtype

结果显示:

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:

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', '<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:

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。

#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:

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编程网。

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