Python中的array模块

Python并没有像其他语言那样直接提供了数组(array)这种数据结构，而是通过导入array模块来完成数组的相关操作。

在Python中没有直接引入数组，也是由于Python中提供了列表这种数据结构，支持像数组一样的元素插入、修改和删除等操作。

但Python列表中的元素可以具有不同的数据类型，这一点与数组是不同的。如果想即使如此，额外提供一种数据结构来解决这种问题也没有必要。

一、Python中的array模块

Python中的array模块允许我们创建一个具有数据类型约束的数组，而且Python的array模块仅支持几类数据类型。其支持的数据类型主要有以下几种：

其中，'u' 对应Python中已过时的unicode字符（Py_UNICODE），这种类型在Python3.3中被弃用，也将在4.0中被删除。如此以来，在array模块中只剩下整数类型或float类型。

二、创建数组

在创建和使用数组时，首先需要引入array模块。

创建数组的语法格式如下：

array.array( typecode[, initializer])

其含义是使用typecode给出数组元素的类型，并由initializer进行初始化。

typecode参数即是上表给出的类型码，用于指定数组元素的类型。

initializer是可选参数，用于初始化数组的参数，该参数必须是一个列表，或字节类对象或可迭代类型。

下面给出一些具体的例子。

import array

array1 = array.array('i', [11,12,13,14])
array2 = array.array('B', [97,98,99,49,50])
array3 = array.array('f', [1.1,1.2,1.3,1.4])

上面的例子创建了2个整型数组单精度的浮点数数组。

虽然，'B'在C中对应的是无符号字符类型，但在Python中对应的是int类型，所以其元素的类型需要是整数类型。

三、输出数组及类型

下面使用print输出数组的类型及用于初始化的元素，同时使用typecode属性可以获取创建数组时指定的类型字符。

print(array1)
print(array2)
print(array3.typecode)
print(array2.typecode)
print(type(array2))

输出结果如下：

array('i', [11, 12, 13, 14])
array('b', [97, 98, 99, 49, 2])
f
b
<class 'array.array'>

上面的例子中，type()函数是一个内置函数，用于输出对象的类型。

四、访问数组中的元素

我们可以使用循环语句输出数组中的每个元素，也可以使用数组索引来访问数组中的特定元素。

import array
ara = array.array('i', [11,12,13,14])

for e in ara:
    print(e)

print(f'ara[2] = {ara[2]}/n')  #输出索引为2的元素值

#使用索引循环输出每个元素
for i in range(0, len(ara)):
    print(f'ara[{i}] = {ara[i]}')

结果如下：

11
12
13
14
ara[2] = 13

ara[0] = 11
ara[1] = 12
ara[2] = 13
ara[3] = 14

注意：python的数组索引也是从0开始的，如果索引越界，将引发IndexError错误。

五、向数组中插入或追加元素

我们可以使用insert()函数在数组指定索引处插入一个新元素，指定索引处的原元素将向后（右）移动一个位置。insert()函数的语法格式如下：

array.insert(i, x)

在数组 array 的 i 位置之前插入一个新元素 x 。 i 代表插入的位置， x 代表要插入的元素值。

我们也可以使用append()函数在数组末尾追加一个元素。append()函数的语法格式如下：

array.append(x)

在数组array的尾端追加一个新元素 x 。即， x 为要追加的元素值。

下面是两个函数使用的一个例子：

import array

a = array.array('i',[11,12,13,14])
print(f'原数组：{a}')

a.insert(2, 131)
print(f'插入元素后：{a}')

a.append(15)
print(f'追加新元素后：{a}')

输出结果如下：

原数组：array('i', [11, 12, 13, 14])
插入元素后：array('i', [11, 12, 131, 13, 14])
追加新元素后：array('i', [11, 12, 131, 13, 14, 15])

六、从数组中删除一个元素

我们可以使用remove()函数删除指定的元素。remove函数的语法格式如下：

array.remove(x)

该函数的作用是从数组array中删除第一个值为 x 的元素。

import array

array4 = array.array('i', [11,12,13,14,13])
print(f'删除前：{array4}')
array4.remove(13)
print(f'删除后：{array4}')

执行结果如下所示：

删除前：array('i', [11, 12, 13, 14, 13])
删除后：array('i', [11, 12, 14, 13])

我们也可以使用pop()函数移除指定位置处的元素。pop函数的语法如下：

return_value = array.pop([i])

该函数的作用是移除索引 i 处的元素，并返回该元素值。 i 默认为 -1，即省略i时，默认是移除数组尾端的元素。

import array

array5 = array.array('i', [11,12,13,14,15])
print(f'操作前：{array5}')
rtn = array5.pop()
print(f'操作后：{array5},移除的元素为：{rtn}')
rtn = array5.pop(2)
print(f'array5.pop(2)={rtn},操作后的数组：{array5}')

运行的结果如下：

操作前：array('i', [11, 12, 13, 14, 15])
操作后：array('i', [11, 12, 13, 14]),移除的元素为：15
array5.pop(2)=13,操作后的数组：array('i', [11, 12, 14])

注意：在使用remove进行操作时，如果指定的元素值在数组中不存在时会引发ValueError错误。

七、从数组中查找指定的元素

我们可以使用Index()函数在数组中查找指定的元素值。index()函数的语法格式如下：

array.index(x[, start[, stop]])

其中，x为要查找的元素值，start为搜索的起始位置，stop为搜索的停止位置。

该函数将返回第一个匹配的元素索引，如果数组中不存在指定的x值，将引发ValueError错误。

下面是index()函数使用的一个例子：

import array

array6 = array.array('i',[11,12,13,14,15])
pos = array6.index(13)
try:
    print(f'13的索引是{pos}')
except ValueError as ve:
    print('数组中不存在13')

运行结果如下：

13的索引是2

八、修改指定索引处的值

我们可以使用数组索引的方式通过赋值来修改数组指定索引处的值。

import array

array7 = array.array('i', [11, 12, 13, 14, 15])
array7[2] = 3
array7[3] = 4
print(f'修改后的数组为：{array7}')

try:
   array7[5] = 5
except IndexError as ie:
  print('数组索引使用出现错误。')

输出结果如下：

修改后的数组为：array('i', [11, 12, 3, 4, 15])
数组索引使用出现错误。

九、使用extend()函数扩展数组

我们可以使用extend()函数将一个可迭代对象追加到数组的尾端。

extend()函数的语法格式如下：

array.extend(iterable)

从iterable中为数组尾端追加新元素。如果iterable是数组的话，iterable必须与被追加元素的数组具有相同的类型码，否则，将引发TypeError错误；如果iterable不是数组，则iterable必须是可迭代的，同时iterable的元素类型需与数组具有相同的类型。

import array

array8 = array.array('i', [11,12,13])
array9 = array.array('i', [14,15,16,17])

array8.extend(array9)
print(array8)

array9.extend([18,19])
print(array9)

array9.extend(set([20,21,22]))
print(array9)

输出结果如下：

array('i', [11, 12, 13, 14, 15, 16, 17])
array('i', [14, 15, 16, 17, 18, 19])
array('i', [14, 15, 16, 17, 18, 19, 20, 21, 22])

十、使用数组的负向索引操作数组

数组也支持负向索引，即从后端开始访问数组中的元素。数组元素、正向索引及负向索引的关系可以由下图来表示。

import array

array_a =  array.array('i', [11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19, 20])
print(f'array_a[9] = {array_a[9]}');
print(f'array_a[-1] = {array_a[-1]}');

输出结果如下：

array_a[9] = 20
array_a[-1] = 20

十一、对数组进行切片操作

Python数组也支持切片操作，返回数组若干元素的一个新数组。此操作不会改变原数组。同时切片操作也支持负向索引。

import array

array_b = array.array('i', [1, 2, 3 ,4, 5, 6, 7])

print(array_b[2:])
print(array_b[2:5])
print(array_b[:4])
print(array_b[-3:])
print(array_b[-5:-2])
print(array_b[:-2])

输出结果如下：

array('i', [3, 4, 5, 6, 7])
array('i', [3, 4, 5])
array('i', [1, 2, 3, 4])
array('i', [5, 6, 7])
array('i', [3, 4, 5])
array('i', [1, 2, 3, 4, 5])

关于Python切片操作的更多知识可以参看本站中的另外一篇文章：全面掌握Python字符串切片方法

十二、返回数组中某元素的个数

我们可以使用count()函数返回数组中特定元素的个数。

import array

array_c = array.array('i', [11,12,11,13,12,11])
print(array_c.count(11))  # 3
print(array_c.count(15)) # 0

十三、翻转一个数组

我们可以使用reverse()函数对数组进行翻转操作。即翻转数组元素的顺序。

import array

array_d = array.array('i', [11, 12, 13, 14, 15])
array_d.reverse()
print(array_d)

输出结果如下：

array('i', [15, 14, 13, 12, 11])

十四、把数组转换为列表

我们可以使用tolist()函数把数组转换成具有相同项的普通列表。

import array

array_e = array.array('i', [11, 12, 13, 14, 15])
lst = array_e.tolist()
print(lst)

输出结果如下：

[11, 12, 13, 14, 15]

十五、获取数组元素的个数

我们可以使用Python内置函数len()获取数组中元素的个数。

import array

array_f = array.array('i', [11, 12, 13, 14, 15])
print(len(array_f))  # 5

十六、获取数组元素所占的字节数

我们可以使用array.itemsize来获取数组中每个元素所占的字节数。

import array

array_g = array.array('i', [11, 12, 13, 14, 15])
print(array_g.itemsize)  # 4
array_h = array.array('q', [11, 12, 13, 14, 15])
print(array_h.itemsize)  # 8