03-python-numpy-scalar

3. NumPy之:标量scalars

简介

Python语言中只定义了特定数据类的一种类型（比如只有一种整数类型，一种浮点类型等）。在不需要关注计算机中数据表示方式的普通应用程序中，这样做很方便。但是，对于科学计算来说，我们需要更加精确的控制类型。

在NumPy中，引入了24种新的Python scalar类型用于更加准确的描述数据。这些类型都是可以直接在NumPy中的数组中使用的，所以也叫Array scalar类型。

本文将会详细讲解这24种scalar类型。

scalar类型的层次结构

先看一个张图，看下scalar类型的层次结构：

上面实线方框括起来的，就是scalar类型。 这些标量类型，都可以通过 np.type来访问，比如：

In [130]: np.intc
Out[130]: numpy.int32

细心的小伙伴可能要问了，这不对呀，实线方框括起来的只有22中类型，还有两个类型是什么？

还有两个是代表整数指针的 intp 和 uintp 。

注意，array scalars 类型是不可变的。

我们可以isinstance来对这些数组标量来进行层次结构的检测。

例如，如果val是数组标量对象，则isinstance（val，np.generic）将返回True。如果val是复数值类型，则isinstance（val，np.complexfloating）将返回True。

内置Scalar类型

我们用下面的表来展示内置的Scalar类型和与他们相对应的C类型或者Python类型。最后一列的字符代码是类型的字符表示，在有些情况比如构建dtype中会使用到。

boolean

类型	描述	字符代码
bool_	compatible: Python bool	'?'
bool8	8 bits

Integers

类型	描述	字符代码
byte	compatible: C char	'b'
short	compatible: C short	'h'
intc	compatible: C int	'i'
int_	compatible: Python int	'l'
longlong	compatible: C long long	'q'
intp	large enough to fit a pointer	'p'
int8	8 bits
int16	16 bits
int32	32 bits
int64	64 bits

Unsigned integers

类型	描述	字符代码
ubyte	compatible: C unsigned char	'B'
ushort	compatible: C unsigned short	'H'
uintc	compatible: C unsigned int	'I'
uint	compatible: Python int	'L'
ulonglong	compatible: C long long	'Q'
uintp	large enough to fit a pointer	'P'
uint8	8 bits
uint16	16 bits
uint32	32 bits
uint64	64 bits

Floating-point numbers

类型	描述	字符代码
half		'e'
single	compatible: C float	'f'
double	compatible: C double
float_	compatible: Python float	'd'
longfloat	compatible: C long float	'g'
float16	16 bits
float32	32 bits
float64	64 bits
float96	96 bits, platform?
float128	128 bits, platform?

Complex floating-point numbers

类型	描述	字符代码
csingle		'F'
complex_	compatible: Python complex	'D'
clongfloat		'G'
complex64	two 32-bit floats
complex128	two 64-bit floats
complex192	two 96-bit floats, platform?
complex256	two 128-bit floats, platform?

Python 对象

类型	描述	字符代码
object_	any Python object	'O'

对于数组中的对象类型object_来说，存储的数据其实是Python对象的引用，所以说他们的对象类型必须一致。

虽然存储的是引用，但是在取值访问的时候，返回的就是对象本身。

可以看到对于数字类型来说，int,uint,float,complex,后面可以跟上具体的数组，表示特定的长度。

intp 和 uintp 是两个指向整数的指针。

有些类型和Python自带的类型基本上是等价的，事实上这些类型就是继承自Python自带的类型：

Array scalar type	Related Python type
int_	IntType (Python 2 only)
float_	FloatType
complex_	ComplexType
bytes_	BytesType
unicode_	UnicodeType

有一个特例就是bool_ ，它和Python的 BooleanType 非常类似，但并不是继承自BooleanType。因为Python的BooleanType 是不允许被继承的。并且两者底层的数据存储长度也是不一样的。

虽然在Python中bool是int的子类。但是在NumPy中 bool_ 并不是 int_ 的子类，bool_ 甚至不是一个number 类型。

在Python 3 中， int_ 不再继承 Python3 中的int了，因为int不再是一个固定长度的整数。

NumPy 默认的数据类型是 float_。

可变长度数据类型

下面的三种数据类型长度是可变的，

类型	描述	字符代码
bytes_	compatible: Python bytes	'S#'
unicode_	compatible: Python unicode/str	'U#'
void		'V#'

字符代码中的 # 表示的是数字。

上面描述的字符代码，为了和Python的其他模块进行兼容，比如struct ，需要进行下面适当的修正：

c -> S1, b -> B, 1 -> b, s -> h, w -> H, 和 u -> I.

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