带你了解鲜为人知的Python数组实现

开课吧开课吧小西2021-02-22 17:23

多数编程语言中,数组都是一种通用的基础数据结构。广泛应用于许多算法。

 

在本文中,我们将了解鲜为人知的Python数组实现,该实现仅使用Python标准库中包含的核心语言功能。

 

我们将看到每种方法的优点和缺点,以便我们可以决定哪种实现最适合我们的用例。但是在开始之前,让我们先介绍一些基础知识。

 

数组如何工作,它们的作用是什么?

 

数组由固定大小的数据记录组成,这些数据记录允许每个元素根据其索引进行有效定位。

 

在性能方面,给定元素的索引,查找数组中包含的元素非常快。在这种情况下,适当的数组实现可确保O(1)的访问时间恒定。

 

Python在标准库中包含具有不同特征的多个类似数组的数据结构。让我们看看它们。

 

array.array —基本类型数组

 

Python的数组模块可以节省空间地存储基本的C样式数据类型,例如字节,32位整数,浮点数等。

 

使用array.array类创建的数组是可变的,并且行为类似于列表,除了一个重要的区别—它们是“类型化数组”,被约束为单个数据类型。

 

由于此约束,具有许多元素的array.array对象比列表和元组更节省空间。存储在它们中的元素是紧密包装的,如果我们需要存储许多相同类型的元素,这将很有用。

 

此外,数组支持许多与常规列表相同的方法,并且我们可以将它们用作“直接替换”,而无需对应用程序代码进行其他更改。

 

>>> import array>>> arr = array.array('i', (22, 30, 10, 6))>>> arr[1]30# Arrays are mutablearr[1] = 25>>> arrarray('i', [22, 25, 10, 6])>>> arr.append(27)>>> arrarray('i', [22, 25, 10, 6, 27])# Arrays are typed>>> arr[1] = "Sarah"TypeError: an integer is required (got type str)

 

str — Unicode字符的不可变数组

 

str是一个不变的字符数组,用于将文本数据存储为Unicode字符。而且,它是一个递归数据结构-字符串中的每个字符本身都是长度为1 的str对象。

 

字符串对象节省空间,因为它们被紧密包装并且专门用于单一数据类型。由于字符串在Python中是不可变的,因此修改字符串需要创建修改后的副本。

 

>>> arr = 'Sarah'>>> arr[1]'a'>>> arr'Sarah'# String are immutable>>> arr[1] = 'k'TypeError: 'str' object does not support item assignment# Strings are recursive data structures>>> type('Sarah')>>> type('Sarah'[1])

 

bytes —不可变的单字节数组

 

字节对象是单个字节的不可变序列(整数范围为0≤x≤255)。从概念上讲,它们类似于str对象。

 

像字符串一样,字节有其自己的用于创建对象的文字语法,而且它们节省空间。

 

>>> arr = bytes((22, 30, 10, 6))>>> arr[1]30# Bytes literals have their own syntax>>> arrb'x16x1ex06'# Bytes are immutable>>> arr[1] = 25TypeError: 'bytes' object does not support item assignment>>> del arr[1]TypeError: 'bytes' object doesn't support item deletion# Only valid bytes are allowed:>>> bytes((0, 2206))ValueError: bytes must be in range(0, 256)

 

bytearray —单字节可变数组

 

该字节组类型是整数的范围内的可变序列0≤X≤255他们是密切相关的字节与主要区别在于对象的ByteArray可以随意修改-我们可以覆盖的元素,删除或添加新的。该字节组对象将增长,并相应地缩小。

 

字节数组可以转换回不可变的字节对象,但这涉及到完整复制存储的数据-耗时O(n)的缓慢操作。

 

>>> arr = bytearray((22, 30, 10, 6))>>> arr[1]30# The bytearray repr:>>> arrbytearray(b'x16x1ex06')# bytearrays are mutable>>> arr[1] = 25>>> arr[1]25>>> arrbytearray(b'x16x19x06')>>> del arr[1]>>> arrbytearray(b'x16x06')>>> arr.append(27)>>> arrbytearray(b'x16x06x1b')# bytearrays can hold valid bytes>>> arr[1] = 2206ValueError: byte must be in range(0, 256)>>> arr[1] = "Sarah"TypeError: 'str' object cannot be interpreted as an integer# bytearrays can be converted back into# bytes objects>>> bytes(arr)b'x16x06x1b'

 

结论:

 

如果我们要存储具有混合数据类型的任意对象,则可以使用列表或元组对象。

 

当我们拥有数值数据和紧密包装以及性能很重要时,我们可以尝试使用array.array。

 

我们可以使用内置的str对象将文本数据表示为Unicode字符。

 

当我们要存储连续的字节块时,不可变的字节类型或字节数组可以派上用场。

 

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