NumPy - 字节交换
在 NumPy 中交换数组的轴
字节交换是在不同字节顺序(也称为字节序)之间转换数据的过程。在计算领域，不同的系统可能使用不同的字节序来表示多字节数据类型(例如，整数、浮点数)。字节交换可确保在不同字节序的系统之间传输数据时，数据能够被正确解释。
NumPy 提供了 byteswap() 函数来交换数组的字节。当需要将数据转换为正确的字节序以兼容其他系统或格式时，此功能尤其有用。
理解字节序
字节序(字节序)是指在较大的数据类型中，字节的排列顺序。字节顺序主要有两种: -
- Little-Endian - 最低有效字节存储在最小地址。例如，对于数字 0x1234，0x34 将首先存储。
- Big-Endian - 最高有效字节存储在最小地址。对于相同的数字 0x1234，0x12 将首先存储。
numpy.ndarray.byteswap() 函数
numpy.ndarray.byteswap() 函数用于交换 NumPy 数组中元素的字节顺序。此函数在两种表示形式之间切换:大端字节序 (bigendian) 和小端字节序 (little-endian)。
byteswap() 函数用于特定数据类型的数组，不会影响数组的形状或大小。语法如下:
numpy.ndarray.byteswap(inplace=False)
其中，如果 inplace 为"True"，则数组将进行原地修改。如果为"False"(默认值)，则返回一个已交换字节的新数组。
示例:在简单数组中交换字节
在以下示例中，我们使用 NumPy 中的 byteswap() 函数交换数组中的字节 -
import numpy as np
a = np.array([1, 256, 8755], dtype = np.int16)
print ('我们的数组是:', a)
print ('内存中数据的十六进制表示:', map(hex,a))
# 我们可以看到被交换的字节
print ('调用 byteswap() 函数:', a.byteswap())
print ('十六进制表示:', map(hex,a))
以下是得到的输出 -
我们的数组是:[ 1 256 8755] 内存中数据的十六进制表示:<map object at 0x7fdfa46a3370> 调用 byteswap() 函数:[ 256 1 13090] 十六进制表示:<map object at 0x7fdff5867190>
示例:原地字节交换
我们可以通过将 byteswap() 函数中的 "inplace" 参数设置为 "True" 来原地修改数组，直接在原始数组内交换字节 -
import numpy as np
# 创建一个包含 32 位整数的 NumPy 数组
arr = np.array([1, 256, 65535], dtype=np.int32)
print("原始数组:")
print(arr)
# 执行原地字节交换
arr.byteswap()
print("
原地字节交换后的数组:")
print(arr)
生成的结果如下 -
原始数组: [ 1 256 65535] 原位字节交换后的数组: [ 1 256 65535]
何时使用字节交换
我们可以在以下场景中使用字节交换 -
- 互操作性 - 当数据在不同字节顺序的系统之间交换时，字节交换可确保正确解释。
- 数据读写 - 处理使用不同字节顺序的原始二进制文件或网络协议时，字节交换对于正确读取或写入数据是必要的。
- 遗留系统 - 使用特定字节顺序的遗留系统或文件格式可能需要进行字节交换才能正确处理数据。
