在C語言中我們可以通過struct關鍵字定義結構型別，結構中的欄位佔據連續的記憶體空間，每個結構體佔用的記憶體大小都相同，因此可以很容易地定義結構陣列。和C語言一樣，在NumPy中也很容易對這種結構陣列進行操作。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語言的結構陣列的二進位制資料，轉換為NumPy的結構陣列。

假設我們需要定義一個結構陣列，它的每個元素都有name, age和weight欄位。在NumPy中可以如下定義：

import numpy as np
persontype = np.dtype({
    'names':['name', 'age'
 
, 'weight'],
    'formats':['S32','i', 'f']})
a = np.array([("Zhang",32,75.5),("Wang",24,65.2)],
    dtype=persontype)

我們先建立一個dtype物件persontype，通過其字典引數描述結構型別的各個欄位。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定義結構中的每個欄位名，而formats則定義每個欄位的型別：

• S32 : 32個位元組的字串型別，由於結構中的每個元素的大小必須固定，因此需要指定字串的長度
• i : 32bit的整數型別，相當於np.int32
• f : 32bit的單精度浮點數型別，相當於np.float32

然後我們呼叫array函式建立陣列，通過關鍵字引數 dtype=persontype， 指定所建立的陣列的元素型別為結構persontype。執行上面程式之後，我們可以在IPython中執行如下的語句檢視陣列a的元素型別

>>> a.dtype
dtype([('name', '|S32'), ('age', '<i4'), ('weight', '<f4')])

這裡我們看到了另外一種描述結構型別的方法： 一個包含多個組元的列表，其中形如 (欄位名, 型別描述) 的組元描述了結構中的每個欄位。型別描述前面為我們添加了 '|', '<' 等字元，這些字元用來描述欄位值的位元組順序：

• | : 忽視位元組順序
• < : 低位位元組在前
• > : 高位位元組在前

結構陣列的存取方式和一般陣列相同，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]
('Zhang', 32, 75.5)
>>> a[0].dtype
dtype([('name', '|S32'), ('age', '<i4'), ('weight', '<f4')])

a[0]是一個結構元素，它和陣列a共享記憶體資料，因此可以通過修改它的欄位，改變原始陣列中的對應欄位：

>>> c = a[1]
>>> c["name"] = "Li"
>>> a[1]["name"]
"Li"

結構像字典一樣可以通過字串下標獲取其對應的欄位值：

>>> a[0]["name"]
'Zhang'

我們不但可以獲得結構元素的某個欄位，還可以直接獲得結構陣列的欄位，它返回的是原始陣列的檢視，因此可以通過修改b[0]改變a[0]["age"]：

>>> b=a[:]["age"] # 或者a["age"]
>>> b
array([32, 24])
>>> b[0] = 40
>>> a[0]["age"]
40

通過呼叫a.tostring或者a.tofile方法，可以直接輸出陣列a的二進位制形式：

>>> a.tofile("test.bin")

利用下面的C語言程式可以將test.bin檔案中的資料讀取出來。

記憶體對齊

C語言的結構體為了記憶體定址方便，會自動的新增一些填充用的位元組，這叫做記憶體對齊。例如如果把下面的name[32]改為name[30]的話，由於記憶體對齊問題，在name和age中間會填補兩個位元組，最終的結構體大小不會改變。因此如果numpy中的所配置的記憶體大小不符合C語言的對齊規範的話，將會出現資料錯位。為了解決這個問題，在建立dtype物件時，可以傳遞引數align=True，這樣numpy的結構陣列的記憶體對齊和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();
}

結構型別中可以包括其它的結構型別，下面的語句建立一個有一個欄位f1的結構，f1的值是另外一個結構，它有欄位f2，其型別為16bit整數。

>>> np.dtype([('f1', [('f2', np.int16)])])
dtype([('f1', [('f2', '<i2')])])

當某個欄位型別為陣列時，用組元的第三個引數表示，下面描述的f1欄位是一個shape為(2,3)的雙精度浮點陣列:

>>> np.dtype([('f0', 'i4'), ('f1', 'f8', (2, 3))])
dtype([('f0', '<i4'), ('f1', '<f8', (2, 3))])

用下面的字典引數也可以定義結構型別，字典的關鍵字為結構中欄位名，值為欄位的型別描述，但是由於字典的關鍵字是沒有順序的，因此欄位的順序需要在型別描述中給出，型別描述是一個組元，它的第二個值給出欄位的位元組為單位的偏移量，例如age欄位的偏移量為25個位元組：

>>> np.dtype({'surname':('S25',0),'age':(np.uint8,25)})

dtype([('surname', '|S25'), ('age', '|u1')])

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