Python序列之字典

系列文章目录

1. Python序列之列表
2. Python序列之元组
3. 本篇文章

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前言

前面我们已经讲了Python中的列表：Python序列之列表和元组：Python序列之元组
。今天我们再来看一下Python中另一种常用的序列——字典。

一、字典是什么？

字典是 “键值对”的无序可变序列。字典中的每个元素都是一个“键值对”，包含：“键对象"和"值对象”，即key:value对，可以通过“键对象"实现快速获取、删除、更新对应的"值对象"。

一个典型的字典的定义方式：

a = {'name': 'yyy', 'age': 3, 'job': 'programmer'}

列表中我们通过”下标数字"找到对应的对象，字典中通过“键对象“找到对应的“值对象”。

• “键”是任意的不可变数据，比如：整数、浮点数、字符串、元组。
• 但是：列表、字典、集合这些可变对象，不能作为“键”。
• 并且“键”不可重复。
• “值”可以是任意的数据，并且可重复。

二、字典的操作

1.创建

（1）通过{}、dict()创建

a = {'name': 'yyy', 'age': 3, 'job': 'programmer'}
b = dict(name='yyy', age=3, job='programmer')
c = dict([('name', 'yyy'), ('age', 3), ('job', 'programmer')])
d = {}  # 创建一个空字典
e = dict()  # 创建一个空字典

print(a)  # 输出：{'name': 'yyy', 'age': 3, 'job': 'programmer'}
print(b)  # 输出：{'name': 'yyy', 'age': 3, 'job': 'programmer'}
print(c)  # 输出：{'name': 'yyy', 'age': 3, 'job': 'programmer'}
print(d)  # 输出：{}
print(e)  # 输出：{}

（2）通过zip()创建

既然可以用上面创建c的方式创建字典，那自然可以用zip()函数：

keys = ['name', 'age', 'job']
values = ['yyy', '3', 'programmer']
d = dict(zip(keys, values))
print(d)  # 输出：{'name': 'yyy', 'age': '3', 'job': 'programmer'}

（3）通过fromkeys()创建值为空的字典

k = ['name', 'age', 'job']
d = dict.fromkeys(k)
print(d)  # 输出：{'name': None, 'age': None, 'job': None}

小问题：之前说字典的“键”不可重复，如何重复了会怎样？会报错吗？

a = {'name':'yyy', 'age':18, 'age':3}
print(a)  # 输出：{'name': 'yyy', 'age': 3}

可见，如果键重复了，后面的键值对会把前面的覆盖掉。

2.元素的访问

（1）通过[键]获得“值”。

若键不存在，则抛出异常。

a = {'name': 'yyy', 'age': 3, 'job': 'programmer'}
print(a['name'])  # 输出：yyy
print(a['height'])  # 输出：报错：KeyError: 'height'

（2）通过get()方法获得“值”。

**推荐使用！**优点是：指定键不存在，返回None；也可以设定指定键不存在时默认返回的对象。推荐使用get()获取"值对象”。

a = {'name': 'yyy', 'age': 3, 'job': 'programmer'}
print(a.get('name'))  # 输出：yyy

# 使用get()不会报错，整个过程变得很优雅~
print(a.get('height'))  # 输出：None

# 还尅通过第二个参数指定当键不存在时的返回值
print(a.get('height', 185))  # 输出：185

（3）列出所有的键值对、所有的键、所有的值

a = {'name': 'yyy', 'age': 3, 'job': 'programmer'}

b = a.items()
print(b)  # 输出：ict_items([('name', 'yyy'), ('age', 3), ('job', 'programmer')])

k = a.keys()
print(k)  # 输出：dict_keys(['name', 'age', 'job'])

v = a.values()
print(v)  # 输出：dict_values(['yyy', 3, 'programmer'])

（4）用len()计算键值对的个数

a = {'name': 'yyy', 'age': 3, 'job': 'programmer'}
print(len(a))  # 输出：3

（5）用in检测一个键是否在字典中

a = {'name': 'yyy', 'age': 3, 'job': 'programmer'}
print('name' in a)  # 输出：True
print('height' in a)  # 输出：False

3.元素的添加、修改、删除

（1）给字典新增"键值对"。

如果"键"已经存在，则覆盖旧的键值对；如果"键"不存在，则新增"键值对"。

a = {'name': 'yyy', 'age': 18, 'job': 'programmer'}
a['height'] = 185
a['age'] = 3
print(a)  # 输出：{'name': 'yyy', 'age': 3, 'job': 'programmer', 'height': 185}

（2）使用update()将新字典中所有键值对全部添加到旧字典对象上。

如果key有重复，则直接覆盖

a = {'name': 'yyy', 'age': 3, 'job': 'programmer'}
b = {'name': 'sheep', 'height': 185, 'gender': 'man'}
a.update(b)
print(a)  # 输出：{'name': 'sheep', 'age': 3, 'job': 'programmer', 'height': 185, 'gender': 'man'}

（3）删除元素：del()、clear()与pop()

字典中元素的删除，可以使用del()方法；或者者clear()删除所有键值对；pop()删除指定键值对，并返回对应的“值对象”。

a = {'name': 'yyy', 'age': 3, 'job': 'programmer', 'height': 185}

del(a['name'])
print(a)  # 输出：{'age': 3, 'job': 'programmer', 'height': 185}

age = a.pop('age')
print(a)  # 输出：{'job': 'programmer', 'height': 185}
print(age)  # 输出：3

a.clear()
print(a)  # 输出：{}

（4）popitem()：随机删除和返回该键值对。

字典是"无序可变序列"，因此没有第一个元素、最后一个元素的概念；popitem()弹出随机的项，因为字典并没有"最后的元素"或者其他有关顺序的概念。若想一个接一个地移除并处理项，这个方法就非常有效（因为不用首先获取键的列表)

a = {'name': 'yyy', 'age': 3, 'job': 'programmer', 'height': 185}

result1 = a.popitem()
result2 = a.popitem()

print(result1)  # 输出：('height', 185)
print(result2)  # 输出：('job', 'programmer')
print(a)  # 输出：{'name': 'yyy', 'age': 3}

4.序列解包

序列解包可以用于元组、列表、字典。序列解包可以让我们方便的对多个变量赋值。

x, y, z = (20, 30, 10)
(a, b, c) = (9, 8, 10)
[m, n, p] = ['a', 'b', 'c']

序列解包用于字典时，默认是对"键"进行操作；如果需要对键值对操作，则需要使用items()；如果需要对"值"进行操作，则需要使用values();

a = {'name': 'yyy', 'age': 3, 'job': 'programmer'}
x, y, z = a
print(x)  # 输出：name

x, y, z = a.items()
print(x)  # 输出：('name', 'yyy')

x, y, z = a.values()
print(x)  # 输出：yyy

5.练习：用字典对表格数据进行存取

数据表格如下：

姓名	年龄	薪资	城市
张三	18	10000	北京
李四	19	30000	上海
王五	20	20000	深圳

people1 = {'name': '张三', 'age': 18, 'salary': 10000, 'city': '北京'}
people2 = {'name': '李四', 'age': 19, 'salary': 30000, 'city': '上海'}
people3 = {'name': '王五', 'age': 20, 'salary': 20000, 'city': '深圳'}
# 存进一张表格
table = [people1, people2, people3]
# 访问表格数据
for i in range(len(table)):
    print(table[i].get('name'), table[i].get('age'), table[i].get('salary'), table[i].get('city'))

# 输出：
# 张三 18 10000 北京
# 李四 19 30000 上海
# 王五 20 20000 深圳

三、字典的底层原理（重要）

（1）存储键值对的过程

字典对象的核心是散列表。散列表是一个稀疏数组（总是有空白元素的数组），数组的每个单元叫做bucket。每个bucket有两部分：一个是键对象的引用，一个是值对象的引用。由于，所有bucket结构和大小一致，我们可以通过偏移量来读取指定bucket。

先创建一个字典a：

a = {}

a['name'] = 'yyy'

假设字典a对象创建完后，数组长度为8：

我们要把’name’='yyy’这个键值对放到字典对象a中，首先第一步需要计算键"name"的散列值。Python中可以通过hash()函数来计算。

print(bin(hash('name')))  # 输出：-0b1010111101001110110101100100101

由于数组长度为8，我调拿计算出的散列值的最右边3位数字作为偏移量，即"101"，十进制是数字5。我们查看偏移量5，对应的bucket是否为空。如果为空，则将键值对放进去。如果不为空，则依次取右边3位作为偏移量，即"100"，十进制是数字4。再查看偏移为4的bucket是否为空。直到找到为空的bucket将键值对放进去。流程图如下:

那如果当前数组满了怎么办？很简单——扩容。
python会根据散列表的拥挤程度扩容。“扩容"指的是：创造更大的数组，将原有内容拷贝到新数组中。接近2/3时，数组就会扩容。

（2）查找值对象的过程

明白了一个键值对是如何存储到数组中的，根据键对象取到值对象，理解起来就简单了。

>>> a.get('name')
'yyy'

当调用a.get('name')，就是根据键’name’查找到"键值对"，从而找到值对象’yyy’。我们仍然要首先计算’yyy’对象的散列值：

>>> bin(hash('name'))
'-0b1010111101001110110101100100101'

和存储的底层流程算法一致，也是依次取散列值的不同位置的数字。假设数组长度为8，我们可以拿计算出的散列值的最右边3位数字作为偏移量，即101，十进制是数字5。我们查看偏移量5，对应的 bucket是否为空。如果为空，则返回 None。如果不为空，则将这个bucket的键对象计算对应散列值，和我们的散列值进行比较，如果相等。则将对应"值对象"返回。如果不相等，则再依次取其他几位数字，重新计算偏移量。依次取完后，仍然没有找到。则返回 None。流程图如下：

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总结

1. 字典在内存中开销巨大，典型的用空间换时间。
2. 键查询速度很快。
3. 往字典里面添加新建可能导致扩容，导致散列表中键的次序变化。因此，不要在遍历字典的同时进行字典的修改
4. 键必须可散列
   • 数字、字符串、元组，都是可散列的
   • 自定义对象需要支持下面三点：（面向对象章节中再展开说）
     ①支持hash()函数
     ②支持通过_eq_()方法检测相等性
     ③ 若a==b为真，则 hash(a)==hash(b)也为真