python結構體數組

在C語言中我們可以通過struct關鍵字定義結構類型，結構中的字段占據連續的內存空間，每個結構體占用的內存大小都相同，因此可以很容易地定義結構數組。

和C語言一樣，在NumPy中也很容易對這種結構數組進行操作。

只要NumPy中的結構定義和C語言中的定義相同，NumPy就可以很方便地讀取C語言的結構數組的二進制數據，轉換為NumPy的結構數組。

假設我們需要定義一個結構數組，它的每個元素都有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
})
a=np.array([("tang",23,130.2),("wang",22,100.2)],
dtype=MyType)
#或者Data=np.array([(‘zero',0.,0.)]*10,dtype=MyType) #創建Data[2]
#Date[0]['name']="tang"

我們先創建一個dtype對象persontype，通過其字典參數描述結構類型的各個字段。

字典有兩個關鍵字：names，formats。每個關鍵字對應的值都是一個列表。

names定義結構中的每個字段名，而formats則定義每個字段*的類型：

• S32 : 32個字節的字符串類型，由于結構中的每個元素的大小必須固定，因此需要指定字符串的長度
• i : 32bit的整數類型，相當于np.int32
• f : 32bit的單精度浮點數類型，相當于np.float32 然后我們調用array函數創建數組，通過關鍵字參數dtype=MyType， 指定所創建的數組的元素類型為結構MyType。運行上面程序之后，我們可以在IPython中執行如下的語句查看數組a的元素類型

a.dtype

結果顯示：

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

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

• <:低位字節在前
• >:高位字節在前

結構數組的存取方式和一般數組相同，通過下標能夠取得其中的元素，注意元素的值看上去像是組元，實際上它是一個結構：

a[0]

結果顯示：

(b'tang', 23, 130.2)

a[0].dtype

結果顯示：

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

a[0]是一個結構元素，它和數組a共享內存數據，因此可以通過修改它的字段，改變原始數組中的對應字段：

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

結果顯示：

b'Lian'

結構像字典一樣可以通過字符串下標獲取其對應的字段值：

a[1]["name"]

結果顯示：

b'wang'

我們不但可以獲得結構元素的某個字段，還可以直接獲得結構數組的字段，它返回的是原始數組的視圖，因此可以通過修改b[0]改變a[0][’‘age’’]：

b=a[:]["salary"]#或者a["salary"]
b

結果顯示：

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

通過調用a.tostring或者a.tofile方法，可以直接輸出數組a的二進制形式：

a.tofile("test.bin")

內存對齊

C語言的結構體為了內存尋址方便，會自動的添加一些填充用的字節，這叫做內存對齊。例如如果把下面的name[32]改為name[30]的話，由于內存對齊問題，在name和age中間會填補兩個字節，最終的結構體大小不會改變。

因此如果numpy中的所配置的內存大小不符合C語言的對齊規范的話，將會出現數據錯位。為了解決這個問題，在創建dtype對象時，可以傳遞參數align=True，這樣numpy的結構數組的內存對齊和C語言的結構體就一致了。

#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();
}

用下面的字典參數也可以定義結構類型，字典的關鍵字為結構中字段名，值為字段的類型描述，但是由于字典的關鍵字是沒有順序的，因此字段的順序需要在類型描述中給出，類型描述是一個組元，它的第二個值給出字段的字節為單位的偏移量，例如age字段的偏移量為25個字節：

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

結果顯示：

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

python自定義結構體

python中沒有專門定義結構體的方法，但可以使用class標記定義類來代替結構體，

其成員可以在構造函數__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() # 定義結構對象
a.name = 'cup'
a.size = 8
a.list.append('water')