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一、引言
在Python中，array模块提供了一种高效的方式来存储和操作数字值数组。与列表相比，array模块的数组在存储基本数值类型（如整数、浮点数）时更加紧凑，因此在需要处理大量数值数据时，array模块是一个非常好的选择。
本文将详细介绍array模块的定义、原理、使用方法及应用案例，帮助大家更好地理解和使用这个模块。
二、知识讲解
1. array模块的定义与原理
array模块定义了一种对象类型，可以紧凑地表示由基本值（字符、整数、浮点数）组成的数组。数组是序列类型，其行为与列表非常相似，不同之处在于其中存储的对象类型是受限的，在数组对象创建时用单个字符的 类型码 来指定。
表1：array模块的类型码
|
类型码 |
C 类型 |
Python 类型 |
最小字节数 |
备注 |
|
‘b’ |
signed char |
int |
1 |
|
|
‘B’ |
unsigned char |
int |
1 |
|
|
‘u’ |
wchar_t |
Unicode 字符 |
2 |
(1) |
|
‘w’ |
Py_UCS4 |
Unicode 字符 |
4 |
|
|
‘h’ |
signed short |
int |
2 |
|
|
‘H’ |
unsigned short |
int |
2 |
|
|
‘i’ |
signed int |
int |
2 |
|
|
‘I’ |
unsigned int |
int |
2 |
|
|
‘l’ |
signed long |
int |
4 |
|
|
‘L’ |
unsigned long |
int |
4 |
|
|
‘q’ |
signed long long |
int |
8 |
|
|
‘Q’ |
unsigned long long |
int |
8 |
|
|
‘f’ |
float |
float |
4 |
|
|
‘d’ |
double |
float |
8 |
备注：
- 可能为 16 位或 32 位，取决于具体的平台。
- 在 Python 3.9 版本发生变更: array(‘u’) 现在使用 wchar_t 作为 C 类型而不是已不建议使用的 Py_UNICODE。
2. array模块的类与函数
2.1 array.array类
array.array类用于创建一个由 typecode 限定其条目的新数组，并能根据可选的 initializer 值来初始化。
原型：
array.array(typecode[, initializer]) 参数：
- typecode: 一个字符，指定数组中元素的类型。
- initializer: 可选参数，用于初始化数组的值，可以是bytes、bytearray、Unicode字符串或可迭代对象。
功能：
创建一个指定类型的数组，并根据initializer初始化数组。
示例：
import array # 创建一个整数数组 int_array = array.array('i', [1, 2, 3, 4, 5]) print(int_array) # 输出: array('i', [1, 2, 3, 4, 5]) # 创建一个浮点数数组 float_array = array.array('f', [1.0, 2.0, 3.0]) print(float_array) # 输出: array('f', [1.0, 2.0, 3.0]) 2.2 array.array类的方法
2.2.1 append(x)
在数组末尾添加一个值为x的新项。
原型：
append(x) 参数：
- x: 要添加到数组末尾的值。
示例：
import array int_array = array.array('i', [1, 2, 3]) int_array.append(4) print(int_array) # 输出: array('i', [1, 2, 3, 4]) 2.2.2 extend(iterable)
将来自iterable的项添加到数组末尾。
原型：
extend(iterable) 参数：
- iterable: 可迭代对象，其元素将被添加到数组末尾。
示例：
import array int_array = array.array('i', [1, 2, 3]) int_array.extend([4, 5]) print(int_array) # 输出: array('i', [1, 2, 3, 4, 5]) 2.2.3 frombytes(buffer)
添加来自bytes-like object的条目。
原型：
frombytes(buffer) 参数：
- buffer: 一个bytes-like object，其内容将被解读为机器值并添加到数组中。
示例：
import array int_array = array.array('i') int_array.frombytes(b'\x01\x00\x00\x00\x02\x00\x00\x00') print(int_array) # 输出: array('i', [1, 2]) 2.2.4 tobytes()
将数组转换为一个由机器值组成的数组并返回其字节表示。
原型：
tobytes() 返回值：
一个bytes-like object，包含数组的机器值表示。
示例：
import array int_array = array.array('i', [1, 2, 3]) byte_data = int_array.tobytes() print(byte_data) # 输出: b'\x01\x00\x00\x00\x02\x00\x00\x00\x03\x00\x00\x00' 2.2.5 tolist()
将数组转换为由相同的项组成的普通列表。
原型：
tolist() 返回值：
一个包含数组所有元素的普通列表。
示例：
import array int_array = array.array('i', [1, 2, 3]) list_data = int_array.tolist() print(list_data) # 输出: [1, 2, 3] 3. 知识导图
以下是array模块的知识导图，帮助大家更好地理解其结构和功能。
三、应用案例
案例1：使用array模块存储和操作大量整数数据
假设我们需要处理一个包含大量整数的数据集，使用array模块可以更高效地存储和操作这些数据。
import array # 创建一个整数数组 int_array = array.array('i', range()) # 计算数组中所有元素的和 total_sum = sum(int_array) print(f"Total sum: {total_sum}") # 在数组末尾添加一个新元素 int_array.append() print(f"New array length: {len(int_array)}") 案例2：使用array模块存储和操作浮点数数据
假设我们需要处理一个包含大量浮点数的数据集，使用array模块可以更高效地存储和操作这些数据。
import array # 创建一个浮点数数组 float_array = array.array('f', [1.0, 2.0, 3.0, 4.0, 5.0]) # 计算数组中所有元素的平均值 average = sum(float_array) / len(float_array) print(f"Average: {average}") # 在数组末尾添加一个新元素 float_array.append(6.0) print(f"New array length: {len(float_array)}") 四、学习总结
学习路线
- 了解array模块的定义与原理。
- 掌握array.array类的使用方法及其方法。
- 熟悉array模块的类型码及其应用场景。
- 通过实际案例练习使用array模块。
学习总结
array模块是Python中用于高效存储和操作数字值数组的一个内置模块。通过本文的介绍，我们了解了array模块的定义、原理、使用方法及应用案例。希望大家在实际开发中能够灵活运用array模块，提高代码的效率和性能。
五、参考资料
- Python官方文档 – array模块:(https://docs.python.org/zh-cn/3/library/array.html)
- Python官方文档 – Python 3.13.0版本:(https://docs.python.org/zh-cn/3.13/)
通过本文的学习，我们对array模块有了更深入的了解。后续在实际开发中将能够充分利用array模块的优势，提高代码的效率和性能。
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