元胞数组、结构数组和标量结构的基本限制？

Question

几十年来，我一直在断断续续地使用 Matlab。 我认为我对数组、结构、元胞数组、表、结构数组以及每个字段都是数组的结构有很好的掌握。 对于后两个，我假设每个字段都需要是统一类型。 我发现不存在这样的限制：

也许随着时间的推移，Matlab 变得越来越灵活（我使用的是 2015b），但是如果我发现对每种类型的局限性的理解是错误的，它确实会削弱我为任务选择最佳变量类型的信心。 就这个问题而言，我无法真正阐明任务的需求，因为我将大型待办事项分解为任务的方式取决于我对可用数据类型及其优点/限制的理解.

我可以（并且已经）阅读在线文档令人作呕，虽然他们将引导您完成代码以说明数据类型能够做什么，但我还没有遇到过对单元格数组、数组之间的比较限制的简洁描述结构体，以及其字段本身就是数组的结构体——以至于我可以使用这些知识在给定情况下选择最佳结构。 基本的东西，我确实发现，例如，相同的字段名称将出现在结构数组的每个结构中（但如上例所示，每个结构的每个字段都可以包含高度异构的数据类型和/或数组大小）。

问题

任何人都可以指出元胞数组、结构数组和字段本身就是数组的标量结构之间的限制比较吗？ 我正在寻找一种处理方法，它可以告知编码人员在 (i) 速度、(ii) 内存和 (iii) 可读性、可维护性和可进化性之间做出最佳权衡。

我故意省略了表格，因为尽管我很喜欢它们对数据集（及其表示）的便捷访问和子集化，但事实证明，它们处理数据的速度相当慢。 它们有它们的用途，我很随意地使用它们，但为了进行比较，我对它们不感兴趣，这是底层算法编码。

Answer 1

我认为您的问题最终会缩小到这三种“类型”的数据结构：

元胞数组、结构数组和字段本身就是数组的结构之间的比较限制

[请注意，“其字段本身就是数组的结构”我在这里将其翻译为“标量结构”。 结构数组也可以包含任意数组。 我的想法在下面变得清晰，我希望。]

对我来说，这些并没有太大的不同。 这三个都是异构数据的容器。 （异构数据是非均匀数据，每个数据元素可能具有不同的类型和大小。）这些语句中的每一个都可以返回任何类型的数组，与容器中任何其他数组的类型无关：

• 元胞数组： array{i,j}

• 结构数组： array(i,j).value

• 标量结构： array.value

所以这一切都取决于你想如何索引：

array(i,j).value
       ^     ^
       A     B

如果您只想使用A进行索引，请使用元胞数组（当然，您随后需要花括号）。 如果您只想使用B进行索引，请使用标量结构。 如果您需要A和B ，请使用结构数组。

我所知道的成本没有差异。 这些容器中包含的每个数组都占用一些空间。 各种容器的空间开销是相似的，我从来没有注意到时间开销的差异。

但是，这两者之间存在巨大差异：

array(i).value   % s1
array.value(i)   % s2

我认为这个问题也涉及这种差异。 s1比s2有更多的空间开销：

>> s1=struct('value',num2cell(1:100))
s1 = 
  1×100 struct array with fields:
    value
>> s2=struct('value',1:100)
s2 = 
  struct with fields:
    value: [1×100 double]
>> whos
  Name      Size             Bytes  Class     Attributes
  s1        1x100            12064  struct              
  s2        1x1                976  struct              

数据需要 800 字节，所以s2有 176 字节的开销，而s1有 11264 (1408%)！

原因不是container ，而是我们将一个包含 100 个元素的数组存储在一个数组中，而将 100 个数组与另一个元素存储在一起这一事实。 每个数组都有一个特定大小的标头，MATLAB 使用它来了解它是什么类型的数组、它有什么大小、管理其存储和延迟复制机制。 数组越少，使用的内存就越少。

所以，不要使用异构容器来存储标量！ 只有当您需要存储更大的数组或不同类型或大小的数组时，这些东西才有意义。

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未明确询问（和编辑未明确询问后）的异构容器是表。 表类似于标量结构，表的每一列都是一个数组，不同的列可以有不同的类型。 请注意，可以将元胞数组用作列，允许将异类元素存储在列中，但如果不是这种情况，则它们最有意义。

与标量结构的一个区别是每列必须具有相同的行数。 另一个区别是索引可以看起来像元胞数组、标量结构或结构数组的索引。

因此，该表对包含的数据施加了一些约束，这在某些情况下是非常有益的。

但是，正如 OP 所指出的，使用表比使用结构慢。 这是因为table是一个自定义类，而不是像结构体和元胞数组这样的本机类型。 如果您在 MATLAB 中键入edit table ，您将看到源代码及其实现方式。 它是一个classdef文件，就像我们任何人都可以编写的一样。 因此，它具有相同的速度限制：JIT 没有针对它进行优化，对表进行索引意味着运行编写为 M 文件的函数等。

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还有一件事：不要创建结构的元胞数组，或使用元胞数组创建标量结构。 这会增加容器的级别，从而增加开销（空间和时间），并使内容更难以使用。 我在这里看到了关于由这种类型的构造引起的与访问数据困难有关的问题：

data{i,j}.value   % A cell array with structs. Don't do this!
data.value{i,j}   % A struct with cell arrays. Don't do this!

第一个例子等于一个结构体数组（有更多的开销），除了无法控制每个单元格内的结构体字段。 也就是说，其中一个单元格可能没有.value字段。

只有当value的大小与第二个 struct 字段的大小不同时，第二个示例才有意义。 如果所有 struct 字段都是（应该是）这样大小的元胞数组，则使用 struct 数组。 同样，更少的开销和更高的一致性。