《Python基础教程》笔记第4章字典：当索引行不通时

Posted Dec 20, 2023

By Zhao Zhengyang 14 min read

当需要通过编号来访问值时，列表很有用。本章将介绍一种可以通过名称来访问值的数据结构，称为映射(mapping)。Python中唯一的内置映射类型是字典。

4.1 字典的用途

字典(dictionary)（不管是现实中的还是Python中的）的结构让你能很容易地查找特定的单词（键）从而找到其定义（值）。

在很多情况下，字典都比列表更合适。例如，如果想创建一个小型数据库，在其中存储一些人的名字和对应的电话号码。一种方法是创建两个列表：

  
>>> names = ['Alice', 'Beth', 'Cecil', 'Dee-Dee', 'Earl']
>>> numbers = ['2341', '9102', '3158', '0142', '5551']

可以像这样查找Cecil的电话号码：

  
>>> numbers[names.index('Cecil')]
'3158'

这样虽然可行，但不太实用。你希望能够像下面这样做：

  
>>> phonebook['Cecil']
'3158'

如果phonebook是字典就可以这样做。

4.2 创建和使用字典

字典像这样表示：

  
phonebook = {'Alice': '2341', 'Beth': '9102', 'Cecil': '3158'}

字典由键(key)和对应的值(value)构成的键值对组成，键值对也称为项(item)。在上面的例子中，名字是键，电话号码是值。每个键与其值之间用冒号(:)分隔，项之间用逗号分隔，整个字典用花括号括起来。空字典用两个花括号表示：{}。

注意，在映射中，键必须是唯一的，而值不需要是唯一的。

4.2.1 dict函数

可以使用dict()函数从其他映射或键值对序列创建字典。

注：与list、tuple和str一样，dict并不是真正的函数，而是一个类。

  
>>> items = [('name', 'Gumby'), ('age', 42)]
>>> d = dict(items)
>>> d
{'name': 'Gumby', 'age': 42}
>>> d['name']
'Gumby'

也可以使用关键字参数，例如：

  
>>> dict(name='Gumby', age=42)
{'name': 'Gumby', 'age': 42}

还可以使用一个映射作为dict()的参数，这将创建一个包含相同项的字典，另外也可以使用字典的copy()方法。无参数的dict()返回一个空字典。

4.2.2 基本字典操作

字典的基本操作与序列有些类似：

len(d) 返回d中项（键值对）的数量
d[k] 返回键k关联的值，如果不存在则引发KeyError
d[k] = v 将值v关联到键k
del d[k] 删除键为k的项，如果不存在则引发KeyError
k in d 检查d是否包含键k

然而，字典和列表有一些重要的区别：

键类型：字典的键可以是任何不可变类型，例如整数、浮点数、字符串或元组；而列表的索引必须是整数。
自动添加：即便是字典中原本没有的键，也可以给它赋值，这将创建一个新项；而不能给列表范围之外的索引赋值。
成员资格：表达式k in d（d是字典）查找的是键而不是值，而表达式v in l（l是列表）查找的是值而不是索引。

注：字典的成员资格检查比列表更高效，前者是O(1)的，后者是O(n)的。

  
>>> x = []
>>> x[42] = 'Foobar'
Traceback (most recent call last):
  File "<stdin>", line 1, in <module>
IndexError: list assignment index out of range
>>> x = {}
>>> x[42] = 'Foobar'
>>> x
{42: 'Foobar'}

代码清单4-1展示了电话簿示例的代码。

代码清单4-1 字典示例

4.2.3 使用字典的字符串格式化

字符串的format_map()方法通过一个映射来指定要格式化的值。

  
>>> phonebook = {'Beth': '9102', 'Alice': '2341', 'Cecil': '3258'}
>>> "Cecil's phone number is {Cecil}.".format_map(phonebook)
"Cecil's phone number is 3258."

这种字符串格式化在模板系统（在这里是HTML）中很有用。

  
>>> template = '''<html>
... <head><title>{title}</title></head>
... <body>
... <h1>{title}</h1>
... <p>{text}</p>
... </body>'''
>>> data = {'title': 'My Home Page', 'text': 'Welcome to my home page!'}
>>> print(template.format_map(data))
<html>
<head><title>My Home Page</title></head>
<body>
<h1>My Home Page</h1>
<p>Welcome to my home page!</p>
</body>

4.2.4 字典方法

完整列表参考官方文档Mapping Types — dict。

clear

clear()方法删除字典中所有的项。这是一个原地操作。

  
>>> d = {'age': 42, 'name': 'Gumby'}
>>> d.clear()
>>> d
{}

copy

copy()方法返回一个具有相同键值对的新字典（浅拷贝，因为值本身没有没拷贝）。

  
>>> x = {'username': 'admin', 'machines': ['foo', 'bar', 'baz']}
>>> y = x.copy()
>>> y['username'] = 'mlh'
>>> y['machines'].remove('bar')
>>> y
{'username': 'mlh', 'machines': ['foo', 'baz']}
>>> x
{'username': 'admin', 'machines': ['foo', 'baz']}

可以看到，当替换副本中的值时，原对象不受影响。然而，如果修改副本中的值，原对象也将发生变化。

注：如1.4节所述，Python变量相当于C++的指针变量，“替换”=改变指针指向，“修改”=通过指针修改对象。在上面的示例中，字典x和y在内存中如下图所示：

避免这个问题的一种方法是使用深拷贝。为此，使用copy模块中的deepcopy()函数。

  
>>> from copy import deepcopy
>>> d = {'names': ['Alfred', 'Bertrand']}
>>> c = d.copy()
>>> dc = deepcopy(d)
>>> d['names'].append('Clive')
>>> c
{'names': ['Alfred', 'Bertrand', 'Clive']}
>>> dc
{'names': ['Alfred', 'Bertrand']}

fromkeys

fromkeys()方法使用给定的键创建一个新字典，每个键对应指定的值（默认为None）。

注：该方法是类方法，可以直接对类型dict调用。

  
>>> dict.fromkeys(['name', 'age'])
{'name': None, 'age': None}
>>> dict.fromkeys(['name', 'age'], '(unknown)')
{'name': '(unknown)', 'age': '(unknown)'}

注意：该方法创建的字典的所有键都关联到同一个值对象，当值是可变类型时会导致意外的结果。例如：

  
>>> d = dict.fromkeys(['foo', 'bar', 'baz'], [])
>>> d
{'foo': [], 'bar': [], 'baz': []}
>>> d['foo'].append(42)
>>> d
{'foo': [42], 'bar': [42], 'baz': [42]}

为避免这一问题，应使用字典推导式（详见5.6节）。

  
>>> d = {k: [] for k in ['foo', 'bar', 'baz']}
>>> d
{'foo': [], 'bar': [], 'baz': []}
>>> d['foo'].append(42)
>>> d
{'foo': [42], 'bar': [], 'baz': []}

get

通常，如果试图访问字典中没有的项，将引发KeyError。

  
>>> d = {}
>>> d['name']
Traceback (most recent call last):
  File "<stdin>", line 1, in <module>
KeyError: 'name'

使用get()方法访问不存在的键时，不会引发异常，而是返回None或者指定的“默认”值。

  
>>> print(d.get('name'))
None
>>> d.get('name', 'N/A')
'N/A'

如果键存在，则get()与普通的字典查询一样。

  
>>> d['name'] = 'Eric'
>>> d.get('name')
'Eric'

代码清单4-2是代码清单4-1所示程序的修改版本，使用get()方法访问“数据库”。

代码清单4-2 字典方法示例

items

items()方法返回一个包含所有字典项的列表，其中每一项的形式为(key, value)。字典项没有特定的顺序。

  
>>> d = {'title': 'Python Web Site', 'url': 'http://www.python.org', 'spam': 0}
>>> d.items()
dict_items([('title', 'Python Web Site'), ('url', 'http://www.python.org'), ('spam', 0)])

返回值是一种叫做字典视图(dictionary view)的特殊类型。字典视图可用于迭代（详见第5章），还可以确定长度和成员资格检查。

  
>>> it = d.items()
>>> len(it)
3
>>> ('spam', 0) in it
True

视图的一个优点是没有拷贝，它们始终反映底层字典。

  
>>> d['spam'] = 1
>>> ('spam', 0) in it
False
>>> d['spam'] = 0
>>> ('spam', 0) in it
True

如果需要将字典项拷贝到列表，可以自己实现。

  
>>> list(d.items())
[('title', 'Python Web Site'), ('url', 'http://www.python.org'), ('spam', 0)]

keys

key()方法返回字典的键的视图。

pop

pop()方法用于获取给定的键对应的值，并将该键值对删除。如果键不存在则返回默认值，如果未指定默认值则引发KeyError。

  
>>> d = {'x': 1, 'y': 2}
>>> d.pop('x')
1
>>> d
{'y': 2}
>>> d.pop('z')
Traceback (most recent call last):
  File "<stdin>", line 1, in <module>
KeyError: 'z'
>>> d.pop('z', 3)
3

popitem

popitem()删除并返回一个字典项，如果字典为空则引发KeyError。

注：在早期版本中，该方法弹出随机的项。从3.7版本开始，该方法按后进先出(LIFO)的顺序返回项。

  
>>> d = {'url': 'http://www.python.org', 'spam': 0, 'title': 'Python Web Site'}
>>> d.popitem()
('title', 'Python Web Site')
>>> d
{'url': 'http://www.python.org', 'spam': 0}

注：如果希望popitem()遵循可预测的顺序，使用collections模块的OrderedDict类。

setdefault

setdefault()方法返回与给定的键关联的值。如果键不存在，则将键对应的值设置为给定值（默认为None），并返回这个值。

  
>>> d = {}
>>> d.setdefault('name', 'N/A')
'N/A'
>>> d
{'name': 'N/A'}
>>> d['name'] = 'Gumby'
>>> d.setdefault('name', 'N/A')
'Gumby'
>>> d
{'name': 'Gumby'}
>>> print(d.setdefault('age'))
None
>>> d
{'name': 'Gumby', 'age': None}

注：该方法大致等价于

  
def setdefault(self, key, default=None):
    if key not in self:
        self[key] = default
    return self[key]

update

update()方法使用另一个字典的项来更新该字典。参数提供的字典中的项将被添加到该字典中，覆盖具有相同键的项。

  
>>> d = {
...     'title': 'Python Web Site',
...     'url': 'http://www.python.org',
...     'changed': 'Mar 14 22:09:15 MET 2016'
... }
>>> x = {'title': 'Python Language Website'}
>>> d.update(x)
>>> d
{'title': 'Python Language Website', 'url': 'http://www.python.org', 'changed': 'Mar 14 22:09:15 MET 2016'}

update()方法与dict()函数一样，参数可以是一个映射、一个键值对序列或关键字参数。

注：Python 3.9引入了一个新的字典运算符|=，d |= other等价于d.update(other)。

values

values()方法返回字典的值的视图。与keys()不同，values()返回的视图可能包含重复值。

  
>>> d = {1: 1, 2: 2, 3: 3, 4: 1}
>>> d.values()
dict_values([1, 2, 3, 1])

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