深夜Python – 第1夜 – for 迷 in 迷思

　　在一个月黑风高的夜晚，我悄悄打开编辑器，进入程序的世界。刚刚学会Python的我，由于一段时间的过度装B，被委托优化一段程序，我信心十足地接下来，看了又看……这不挺好的程序吗？但是又觉得哪不太对，无奈，只好去找夜猫兄。

　　“夜猫兄！速救！——”我敲门敲出了过年放烟花般的氛围。夜猫兄刚刚起床，瞅瞅我的程序，然后瞅瞅我，一脸鄙夷：“这……是你写的？”

　　“这是……其实是β兄的原创……”我感觉不妙……

　　“真差！”夜猫兄只说了这2个字。

　　“啥啥啥？”我满脸问号。上贡了十袋小鱼干，三杯热牛奶，终于让夜猫兄满意，同意传授我Python秘籍。夜猫兄亲自上手，带着我把代码优化了一遍。

　　优化的位置很多，一段一段来看。

1 testdata = np.zeros((1, 80, 30))  ###   1  80  36
2 for i in range(80):  ##   80
3     for j in range(30):
4         testdata[0, i, j] = m[i, j]

　　这可以看成一段C语言里初始化数组的程序，其中np为numpy库，m为80×30的数组，testdata用于数据分类，必须增加一个维度，所以有了上面的程序，它类似于如下C语言代码：

1 int testdata[1][80][30] = {0};
2 int i,j;
3 for(i=0; i<80; i++){
4     for(j=0; j<30; j++){
5         testdata[0][i][j] = m[i][j];
6     }
7 }

　　“夜猫兄，这不就是C语言的改写吗？有什么问题吗？”

　　“Python的优势就是它语法很简洁，开发起来很高效，所以用Python模仿C开发就很搞笑。看我给你重写这段代码。”

　　还没等我反应过来，夜猫兄的爪子就敲完了键盘……我一看，啥啥啥？这就行了？

1 testdata = m.reshape((1, 80, 30))

　　“reshape是numpy自带的方法，可以重新组织数据，通俗点说，改变数组的形状。numpy底层是C语言实现的，所以速度比用Python的for快得多，而且代码简洁易读，这么写都不用加注释了。”

　　“对对对，夜猫兄威武！”

　　“多说一句，注意reshape函数是有别的参数可以用的，就是order。默认order=’C’，就是上面的效果，order=’F’就会按照列的顺序排列数据，还有个’A’，具体的去看官方文档。给你演示一下。”

 1 >>> a = np.arange(12)
 2 >>> a.reshape((4,3))
 3 array([[ 0,  1,  2],
 4        [ 3,  4,  5],
 5        [ 6,  7,  8],
 6        [ 9, 10, 11]])
 7 >>> a.reshape((4,3), order='C')
 8 array([[ 0,  1,  2],
 9        [ 3,  4,  5],
10        [ 6,  7,  8],
11        [ 9, 10, 11]])
12 >>> a.reshape((4,3), order='F')
13 array([[ 0,  4,  8],
14        [ 1,  5,  9],
15        [ 2,  6, 10],
16        [ 3,  7, 11]])

　　”哇，学到了学到了。”我笑嘻嘻地搓着手，“诶，那下面那段……”

　　“对，类似的。”夜猫兄捻起一条小鱼干，嘬了一口牛奶，改起了下面的代码：

1 tdata = np.zeros((47, 4))
2 ...
3 data = tctimeClient.recv(47 * 4 * 4)  # 40ms  4字节
4 ptr = 0
5 for i in range(47 * 4):
6     tdata[ptr % 47][ptr // 47] = struct.unpack('f', data[4 * i:4 * i + 4])[0]  # / 浮点数除，//整除
7     ptr += 1

　　这段代码中data是接收到的字节数据，数据类型需要转换成float32，所以需要用struct修改数据类型，类似于C语言的强制类型转换。当然聪明如我——夜猫兄的高手在C语言里会用union(共用体)来实现类型的转换。会用C语言的童鞋可以看出，tdata[ptr % 47][ptr // 47]就是按照列的顺序排列数据。但是如夜猫兄所说，这样的做法在Python里非常低效的，应该用现成的库代替。而struct.unpack是可以多字节操作的，所以应该用47×4个’f’一次性把数据全转换掉。

1 byte_data = tctimeClient.recv(47 * 4 * 4)  # 40ms  4字节
2 float_data = struct.unpack('f'*47*4, byte_data)
3 tdata = np.array(float_data).reshape((47, 4), order='F')

　　“夜猫兄，给讲讲struct呗～”

　　“自己搜去！”夜猫兄只顾着改代码，不太愿意理我，我只好再掏出来一罐小鱼干……“这是官方文档，下次自己搜啊。”

　　……

　　光阴似箭……牛奶杯渐渐见底……夜猫兄的爪子停了下来，“今天就到这吧，我要睡午觉了，代码慢慢改吧。”

　　“哈？你是不是就是想要小鱼干和牛奶？”

　　“闭嘴，你走！”夜猫兄一口干了剩下的小鱼干，把罐子扔给我，“垃圾什么的都带走啊！”

 　　深夜Python，第1夜，2019.10.16。