NumPy - 字节交换

在 NumPy 中交换数组的轴

字节交换是一个用于在不同字节顺序（也称为大小端）之间转换数据的方法。在计算中，不同的系统可能使用不同的字节顺序来表示多字节数据类型（例如，整数、浮点数）。字节交换确保在字节顺序不同的系统之间传输数据时能够正确解释数据。

NumPy 提供了byteswap() 函数来交换数组的字节顺序。当您需要将数据转换为与其他系统或格式兼容的正确大小端顺序时，这尤其有用。

理解字节序

字节序（大小端）是字节在较大数据类型中排序的顺序。主要有两种字节序：

• 小端序 - 最低有效字节存储在最小地址处。例如，在数字 0x1234 中，0x34 将首先存储。
• 大端序 - 最高有效字节存储在最小地址处。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：大端和小端。

byteswap() 函数用于具有特定数据类型的数组，并且不会影响数组的形状或大小。以下是语法：

numpy.ndarray.byteswap(inplace=False)

其中，如果inplace 为“True”，则数组将就地修改。如果为“False”（默认值），则返回一个具有交换字节的新数组。

示例：交换简单数组中的字节

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 ('Our array is:', a)

print ('Representation of data in memory in hexadecimal form:', map(hex,a))
# We can see the bytes being swapped
print ('Applying byteswap() function:', a.byteswap())
print ('In hexadecimal form:', map(hex,a))

获得以下输出：

Our array is: [   1  256 8755]
Representation of data in memory in hexadecimal form: <map object at 0x7fdfa46a3370>
Applying byteswap() function: [  256     1 13090]
In hexadecimal form: <map object at 0x7fdff5867190>

示例：就地字节交换

通过在 byteswap() 函数中将“inplace”参数设置为“True”，我们可以就地修改数组，直接在原始数组中交换字节：

import numpy as np

# Creating a NumPy array with 32-bit integers
arr = np.array([1, 256, 65535], dtype=np.int32)

print("Original Array:")
print(arr)

# Perform in-place byte swapping
arr.byteswap()

print("\nArray After In-Place Byte Swapping:")
print(arr)

产生的结果如下：

Original Array:
[    1   256 65535]

Array After In-Place Byte Swapping:
[    1   256 65535]

何时使用字节交换

在以下情况下可以使用字节交换：

• 互操作性 - 当在大小端不同的系统之间交换数据时，字节交换确保正确解释数据。
• 数据读取/写入 - 当处理使用不同字节顺序的原始二进制文件或网络协议时，需要字节交换才能正确读取或写入数据。
• 旧系统 - 使用特定字节顺序的旧系统或文件格式可能需要字节交换才能正确处理数据。