Python中的字典容器深度解說
- 巴扎黑原創
- 2017-08-16 13:27:582040瀏覽
字典（dictionary）
我們都曾經使用過語言字典來找出不認識的單字的定義。語言字典針對給定的單字（例如 python）提供一組標準的資訊。這種系統將定義和其他資訊與實際的單字關聯（映射）。使用單字作為鍵定位器來尋找感興趣的資訊。這個概念延伸到 Python 程式語言中，就成了特殊的容器類型，稱為 字典（dictionary）。
字典（dictionary） 資料型別在許多語言中都存在。它有時稱為關聯 數組（因為資料與一個鍵值相關聯），或作為散列表。但是在 Python 中，字典（dictionary） 是一個很好的對象，因此即使是程式設計新手也很容易在自己的程式中使用它。根據正式的說法，Python 中的 字典（dictionary） 是一種異質的、易變的映射容器資料類型。
建立字典
本系列中前面的文章介紹了 Python 程式語言中的一些容器資料類型，包括 tuple、string 和 list（請參閱 參考資料）。這些容器的相似之處是它們都是基於序列的。這意味著要根據元素在序列中的位置存取這些集合中的元素。所以，給定一個名為 a 的序列，就可以使用數字索引（例如 a[0] ）或片段（例如 a[1:5]）來存取元素。 Python 中的 字典（dictionary） 容器類型與這三種容器類型的不同之處在於，它是一個無序的集合。不是按照索引號，而是使用鍵值來存取集合中的元素。這意味著構造字典（dictionary）容器比 tuple、string 或 list 要複雜一些，因為必須同時提供鍵和對應的值，如清單 1 所示。
清單1. 在Python 中建立字典，第1 部分
>>> d = {0: 'zero', 1: 'one', 2 : 'two', 3 : 'three', 4 : 'four', 5: 'five'}
>>> d
{0: 'zero', 1: 'one', 2: 'two', 3: 'three', 4: 'four', 5: 'five'}
>>> len(d)
>>> type(d) # Base object is the dict class
<type 'dict'>
>>> d = {} # Create an empty dictionary
>>> len(d)
>>> d = {1 : 'one'} # Create a single item dictionary
>>> d
{1: 'one'}
>>> len(d)
>>> d = {'one' : 1} # The key value can be non-numeric
>>> d
{'one': 1}
>>> d = {'one': [0, 1,2 , 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9]}
>>> d
{'one': [0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9]}如這個例子所示，在Python 中建立字典（dictionary）要使用花括號和以冒號分隔的鍵-值組合。如果沒有提供鍵-值組合，那麼就會建立一個空的 dictionary。使用一個鍵-值組合，就會建立具有一個元素的 dictionary，以此類推，直到您需要的任何規模。與任何容器類型一樣，可以使用內建的 len 方法來找出集合中元素的數量。
前面的範例也示範了關於字典（dictionary）容器的另一個重要問題。鍵並不限制為整數；它可以是任何不易變的資料類型，包括 integer、float、tuple 或 string。因為 list 是易變的，所以它不能作為字典（dictionary）中的鍵。但是字典（dictionary）中的值可以是任何資料類型的。
最後，這個範例說明了 Python 中字典（dictionary）的底層資料型別是 dict 物件。若要進一步了解如何使用 Python 中的 字典（dictionary），可以使用內建的幫助解釋器來了解 dict 類，如清單 2 所示。
清單 2. 得到關於字典（dictionary）的幫助
>>> help(dict)on class dict in module __builtin__:
dict(object)
| dict() -> new empty dictionary.
| dict(mapping) -> new dictionary initialized from a mapping object's
| (key, value) pairs.
| dict(seq) -> new dictionary initialized as if via:
| d = {}
| for k, v in seq:
| d[k] = v
| dict(**kwargs) -> new dictionary initialized with the name=value pairs
| in the keyword argument list. For example: dict(one=1, two=2)
|
| Methods defined here:
|
| __cmp__(...)
| x.__cmp__(y) <==> cmp(x,y)
|
| __contains__(...)
| x.__contains__(y) <==> y in x
|
| __delitem__(...)
| x.__delitem__(y) <==> del x[y]
...關於 dict 類別的幫助指出，可以使用建構子直接建立字典（dictionary），而不使用花括號。既然與其他容器資料類型相比，在創建字典（dictionary）時必須提供更多的數據，那麼這些創建方法比較複雜也就不足為奇了。但是，在實務上使用字典（dictionary）並不難，如清單 3 所示。
清單 3. 在 Python 中建立字典（dictionary），第 2 部分
>>> l = [0, 1,2 , 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9]
>>> d = dict(l)(most recent call last):
File "<stdin>", line 1, in ?: can't convert dictionary
update sequence element #0 to a sequence
>>> l = [(0, 'zero'), (1, 'one'), (2, 'two'), (3, 'three')]
>>> d = dict(l)
>>> d
{0: 'zero', 1: 'one', 2: 'two', 3: 'three'}
>>> l = [[0, 'zero'], [1, 'one'], [2, 'two'], [3, 'three']]
>>> d
{0: 'zero', 1: 'one', 2: 'two', 3: 'three'}
>>> d = dict(l)
>>> d
{0: 'zero', 1: 'one', 2: 'two', 3: 'three'}
>>> d = dict(zero=0, one=1, two=2, three=3)
>>> d
{'zero': 0, 'three': 3, 'two': 2, 'one': 1}
>>> d = dict(0=zero, 1=one, 2=two, 3=three): keyword can't be an expression可以看到，建立字典（dictionary）需要鍵值和資料值。第一次從 list 建立字典（dictionary）的嘗試失敗了，這是因為沒有匹配的鍵-資料值對。第二和第三個範例示範如何正確地建立字典（dictionary）：在第一種情況下，使用一個list，其中的每個元素都是一個tuple；在第二種情況下，也使用一個list，但是其中的每個元素是另一個list。在這兩種情況下，內層容器都用於獲得鍵到資料值的對應。
直接建立 dict 容器的另一個方法是直接提供鍵到資料值的對應。這種技術允許明確地定義鍵和與其對應的值。這個方法其實用處不大，因為可以用花括號完成相同的任務。另外，如前面的例子所示，在採用這種方式時對於鍵不能使用數字，否則會導致拋出一個異常。
存取和修改字典（dictionary）
在建立了 dictionary 之後，需要存取其中包含的資料。存取方式與存取任何 Python 容器資料類型中的資料相似，如清單 4 所示。
清单 4. 访问 dictionary 中的元素
>>> d = dict(zero=0, one=1, two=2, three=3)
>>> d
{'zero': 0, 'three': 3, 'two': 2, 'one': 1}
>>> d['zero']
>>> d['three']
>>> d = {0: 'zero', 1: 'one', 2 : 'two', 3 : 'three', 4 : 'four', 5: 'five'}
>>> d[0]
'zero'
>>> d[4]
'four'
>>> d[6](most recent call last):
File "<stdin>", line 1, in ?: 6
>>> d[:-1](most recent call last):
File "<stdin>", line 1, in ?: unhashable type可以看到，从字典（dictionary）中获取数据值的过程几乎与从任何容器类型中获取数据完全一样。在容器名后面的方括号中放上键值。当然，字典（dictionary）可以具有非数字的键值，如果您以前没有使用过这种数据类型，那么适应这一点需要些时间。因为在字典（dictionary）中次序是不重要的（dictionary 中数据的次序是任意的），所以可以对其他容器数据类型使用的片段功能，对于 字典（dictionary）是不可用的。试图使用片段或者试图从不存在的键访问数据就会抛出异常，指出相关的错误。
Python 中的字典（dictionary）容器也是易变的数据类型，这意味着在创建它之后可以修改它。如清单 5 所示，可以添加新的键到数据值的映射，可以修改现有的映射，还可以删除映射。
清单 5. 修改字典（dictionary）
>>> d = {0: 'zero', 1: 'one', 2: 'two', 3: 'three'}
>>> d[0]
'zero'
>>> d[0] = 'Zero'
>>> d
{0: 'Zero', 1: 'one', 2: 'two', 3: 'three'}
>>> d[4] = 'four'
>>> d[5] = 'five'
>>> d
{0: 'Zero', 1: 'one', 2: 'two', 3: 'three', 4: 'four', 5: 'five'}
>>> del d[0]
>>> d
{1: 'one', 2: 'two', 3: 'three', 4: 'four', 5: 'five'}
>>> d[0] = 'zero'
>>> d
{0: 'zero', 1: 'one', 2: 'two', 3: 'three', 4: 'four', 5: 'five'}清单 5 演示了几个重点。首先，修改数据值是很简单的：将新的值分配给适当的键。其次，添加新的键到数据值的映射也很简单：将相关数据分配给新的键值。Python 自动进行所有处理。不需要调用 append 这样的特殊方法。对于 dictionary 容器，次序是不重要的，所以这应该好理解，因为不是在字典（dictionary）后面附加映射，而是将它添加到容器中。最后，删除映射的办法是使用 del 操作符以及应该从容器中删除的键。
在清单 5 中有一个情况看起来有点儿怪，键值是按照数字次序显示的，而且这个次序与插入映射的次序相同。不要误解 —— 情况不总是这样的。Python 字典（dictionary）中映射的次序是任意的，对于不同的 Python 安装可能会有变化，甚至多次使用同一 Python 解释器运行相同代码也会有变化。如果在一个字典（dictionary）中使用不同类型的键和数据值，那么就很容易看出这一点，如清单 6 所示。
清单 6. 异构的容器
>>> d = {0: 'zero', 'one': 1}
>>> d
{0: 'zero', 'one': 1}
>>> d[0]
'zero'
>>> type(d[0])
<type 'str'>
>>> d['one']
>>> type(d['one'])
<type 'int'>
>>> d['two'] = [0, 1, 2]
>>> d
{0: 'zero', 'two': [0, 1, 2], 'one': 1}
>>> d[3] = (0, 1, 2, 3)
>>> d
{0: 'zero', 3: (0, 1, 2, 3), 'two': [0, 1, 2], 'one': 1}
>>> d[3] = 'a tuple'
>>> d
{0: 'zero', 3: 'a tuple', 'two': [0, 1, 2], 'one': 1}如这个例子所示，可以在一个字典（dictionary）中使用不同数据类型的键和数据值。还可以通过修改字典（dictionary）添加新的类型。最后，产生的 dictionary 的次序并不与插入数据的次序匹配。本质上，字典（dictionary）中元素的次序是由 Python 字典（dictionary）数据类型的实际实现控制的。新的 Python 解释器很容易改变这一次序，所以一定不要依赖于元素在字典（dictionary）中的特定次序。
用字典（dictionary）进行编程
作为正式的 Python 数据类型，字典（dictionary）支持其他较简单数据类型所支持的大多数操作。这些操作包括一般的关系操作符，比如 f539a70d3ea090bac4faa80192f58ccc 和 ==，如清单 7 所示。
清单 7. 一般关系操作符
>>> d1 = {0: 'zero'}
>>> d2 = {'zero':0}
>>> d1 < d2
>>> d2 = d1
>>> d1 < d2
>>> d1 == d2
>>> id(d1)
>>> id(d2)
>>> d2 = d1.copy()
>>> d1 == d2
>>> id(d1)
>>> id(d2)前面的示例创建两个字典（dictionary）并使用它们测试 < 关系操作符。尽管很少以这种方式比较两个字典（dictionary）；但是如果需要，可以这样做。
然后，这个示例将赋值给变量 d1 的字典（dictionary）赋值给另一个变量 d2。注意，内置的 id() 方法对于 d1 和 d2 返回相同的标识符值，这说明这不是复制操作。要想复制字典（dictionary） ，可以使用 copy() 方法。从这个示例中的最后几行可以看出，副本与原来的字典（dictionary）完全相同，但是容纳这字典（dictionary）的变量具有不同的标识符。
在 Python 程序中使用字典（dictionary）时，很可能希望检查字典（dictionary）中是否包含特定的键或值。如清单 8 所示，这些检查很容易执行。
清单 8. 条件测试和字典（dictionary）
>>> d = {0: 'zero', 3: 'a tuple', 'two': [0, 1, 2], 'one': 1}
>>> d.keys()
[0, 3, 'two', 'one']
>>> if 0 in d.keys():
... print 'True'
...
>>> if 'one' in d:
... print 'True'
...
>>> if 'four' in d:
... print 'Dictionary contains four'
... elif 'two' in d:
... print 'Dictionary contains two'
... contains two测试字典（dictionary）中键或数据值的成员关系是很简单的。dictionary 容器数据类型提供几个内置方法，包括 keys() 方法和 values() 方法（这里没有演示）。这些方法返回一个列表，其中分别包含进行调用的字典（dictionary）中的键或数据值。
因此，要判断某个值是否是字典（dictionary）中的键，应该使用 in 操作符检查这个值是否在调用 keys() 方法所返回的键值列表中。可以使用相似的操作检查某个值是否在调用 values() 方法所返回的数据值列表中。但是，可以使用字典（dictionary）名作为简写表示法。这是有意义的，因为一般希望知道某个数据值（而不是键值）是否在字典（dictionary）中。
在 “Discover Python, Part 6” 中，您看到了使用 for 循环遍历容器中的元素是多么容易。同样的技术也适用于 Python 字典（dictionary），如清单 9 所示。
清单 9. 迭代和字典（dictionary）
>>> d = {0: 'zero', 3: 'a tuple', 'two': [0, 1, 2], 'one': 1}
>>> for k in d.iterkeys():
... print d[k]
... tuple
[0, 1, 2]
>>> for v in d.itervalues():
... print v
... tuple
[0, 1, 2]
>>> for k, v in d.iteritems():
... print 'd[',k,'] = ',v
... [ 0 ] = zero[ 3 ] = a tuple[ two ] = [0, 1, 2][ one ] = 1这个示例演示了遍历字典（dictionary）的三种方式：使用从 iterkeys()、itervalues() 或 iteritems() 方法返回的 Python 迭代器。（顺便说一下，可以通过在字典（dictionary）上直接调用适当方法，比如 d.iterkeys()，从而检查这些方法是否返回一个迭代器而不是容器数据类型。）iterkeys() 方法允许遍历字典（dictionary）的键，而 itervalues() 方法允许遍历字典（dictionary）包含的数据值。另一方面，iteritems() 方法允许同时遍历键到数据值的映射。
字典（dictionary）：另一种强大的 Python 容器
本文讨论了 Python 字典（dictionary）数据类型。字典（dictionary）是一种异构的、易变的容器，依赖键到数据值的映射（而不是特定的数字次序）来访问容器中的元素。访问、添加和删除字典（dictionary）中的元素都很简单，而且字典（dictionary）很容易用于复合语句，比如 if 语句或 for 循环。可以在字典（dictionary）中存储所有不同类型的数据，可以按照名称或其他复合键值（比如 tuple）访问这些数据，所以 Python 字典（dictionary）使开发人员能够编写简洁而又强大的编程语句。
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