如何用python实现结构体数组
目录
- python结构体数组
- 在NumPy中可以如下定义
- 内存对齐
- python自定义结构体
- 具体方法如下
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', '<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：
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我们。
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