09 Python字典揭秘：数据的高效存储

一.字典是什么

在 Python 中，字典（dict）是一种强大且重要的可变容器类型，它以键值对（key：value）的形式存储数据。字典通过键（key）来访问对应的值(value),键在字典中是唯一的，这意味着一个字典中不能有重复的键。可以把字典想象成一个现实中的字典，键就像是字典里的单词，而值就是这个单词对应的解释。
在 Python 中的其他容器类型数据（列表，元组，集合）这些仍然不足以帮助我们解决所有的问题。例如，我们需要一个变量来保存一个人的多项信息，包括：姓名、年龄、身高、体重、家庭住址、本人手机号、紧急联系人手机号，此时你会发现，我们之前学过的列表、元组和集合类型都不够好使。

person1 = ['张三', 18, 183, 60, '浙江省杭州市西湖区人民大道一号', '15517893416', '18636951478']
person2 = ('张三', 18, 183, 60, '浙江省杭州市西湖区人民大道一号', '15517893416', '18636951478')
person3 = {'张三', 18, 183, 60, '浙江省杭州市西湖区人民大道一号', '15517893416', '18636951478'}

集合肯定是最不合适的，因为集合中不能有重复元素，如果一个人的年龄和体重刚好相同，那么集合中就会少一项信息；同理，如果这个人的手机号和紧急联系人手机号是相同的，那么集合中又会少一项信息。另一方面，虽然列表和元组可以把一个人的所有信息都保存下来，但是当你想要获取这个人的手机号或家庭住址时，你得先知道他的手机号是列表或元组中的第几个元素。总之，在遇到上述的场景时，列表、元组、集合都不是最合适的选择，此时我们需要字典（dictionary）类型，这种数据类型最适合把相关联的信息组装到一起，可以帮助我们解决 Python 程序中为真实事物建模的问题。

1.字典的特点

• 无序性：在 Python 3.6 之前，字典是无序的，也就是说字典里键值对的存储顺序和你添加它们的顺序可能不同。不过从 Python 3.6 开始，字典会保持插入顺序，即键值对会按照你添加的顺序排列。
• 键的唯一性：字典里的每个键必须是独一无二的。如果尝试使用已有的键来添加新的值，那么原来的值会被新值覆盖。
• 键的不可变性：键必须是不可变的数据类型，比如整数、浮点数、字符串、元组等。这是因为字典是基于哈希表实现的，而不可变类型才能计算出固定的哈希值，以确保键的唯一性和查找效率。值可以是任意数据类型，包括列表、字典等可变类型。

二.字典的创建和使用

Python 中创建字典可以使用{}字面量语法，字典的{}中的元素是以键值对的形式存在的，每个元素由:分隔的两个值构成，:前面是键，:后面是值。通过键来访问对应的值，如果键不存在，会引发 KeyError 异常。可以使用 get() 方法来避免这种异常，当键不存在时，get() 方法会返回指定的默认值（如果没有指定默认值，则返回 None）

# 方式一：使用花括号和键值对直接创建
empty_dict = {}  # 创建一个空字典
student = {'name': 'Alice', 'age': 20, 'gender': 'female'}
print(student)# 方式二：使用 dict() 构造函数
person = dict(name='Bob', age=25, occupation='Engineer')
print(person)# 方式三：使用键值对序列创建
items = [('fruit', 'apple'), ('color', 'red')]
food = dict(items)
print(food)# 方式四：使用字典推导式创建
squares = {x: x**2 for x in range(1, 6)}
print(squares)

三.字典的操作

1.访问元素

通过键来访问对应的值，如果键不存在，会引发 KeyError 异常。可以使用 get() 方法来避免这种异常，当键不存在时，get() 方法会返回指定的默认值（如果没有指定默认值，则返回 None）。

student = {'name': 'Alice', 'age': 20, 'gender': 'female'}
print(student['name'])  # 输出: Alice
print(student.get('score', 0))  # 键 'score' 不存在，返回默认值 0

2.修改元素

直接通过键来修改对应的值，如果键不存在，则会添加一个新的键值对。

student = {'name': 'Alice', 'age': 20, 'gender': 'female'}
student['age'] = 21  # 修改 'age' 对应的值
student['score'] = 90  # 添加新的键值对
print(student)

3.删除元素

可以使用 del 语句或 pop() 方法来删除键值对。pop() 方法在删除键值对的同时会返回对应的值，如果键不存在，还可以指定默认值避免异常。

student = {'name': 'Alice', 'age': 20, 'gender': 'female'}
del student['age']  # 删除 'age' 键值对
score = student.pop('score', 0)  # 尝试删除 'score' 键值对，不存在则返回默认值 0
print(student)
print(score)

4.遍历字典

可以使用不同的方式来遍历字典中的键、值或键值对

student = {'name': 'Alice', 'age': 20, 'gender': 'female'}# 遍历键
for key in student.keys():print(key)# 遍历值
for value in student.values():print(value)# 遍历键值对
for key, value in student.items():print(key, ":", value)

5.成员运算

person = {'name': '王大锤', 'age': 18, 'height': 183, 'weight': 60, 'addr': '浙江省杭州市西湖区人民大道一号'}# 成员运算
print('name' in person)  # True
print('tel' in person)   # False

四.字典方法

1.获取字典中的指定元素

字典类型的方法基本上都跟字典的键值对操作相关，其中get方法可以通过键来获取对应的值。跟索引运算不同的是，get方法在字典中没有指定的键时不会产生异常，而是返回None或指定的默认值

person = {'name': '张三', 'age': 18, 'height': 183, 'addr': '浙江省杭州市西湖区'}
print(person.get('name'))       # 张三
print(person.get('sex'))        # None
print(person.get('sex', True))  # True

2.获取字典中的元素

如果需要获取字典中所有的键，可以使用keys方法；如果需要获取字典中所有的值，可以使用values方法。字典还有一个名为items的方法，它会将键和值组装成二元组，通过该方法来遍历字典中的元素也是非常方便的。

person = {'name': '张三', 'age': 18, 'height': 183}
print(person.keys())    # dict_keys(['name', 'age', 'height'])
print(person.values())  # dict_values(['张三', 18, 183])
print(person.items())   # dict_items([('name', '张三'), ('age', 18), ('height', 183)])
for key, value in person.items():print(f'{key}:\t{value}')

3.字典合并

字典的update方法实现两个字典的合并操作。例如，有两个字典x和y，当执行x.update(y)操作时，x跟y相同的键对应的值会被y中的值更新，而y中有但x中没有的键值对会直接添加到x中，代码如下所示。

person1 = {'name': '张三', 'age': 55, 'height': 183}
person2 = {'age': 18, 'addr': '浙江省杭州市西湖区'}
person1.update(person2)
print(person1)  # {'name': '张三', 'age': 18, 'height': 183, 'addr': '浙江省杭州市西湖区'}

如果使用的 Python 版本是 3.9 及以上的版本，也可以使用|运算符来完成同样的操作，代码如下所示。

person1 = {'name': '张三', 'age': 55, 'height': 183}
person2 = {'age': 18, 'addr': '浙江省杭州市西湖区'}
person1 |= person2
print(person1)  # {'name': '张三', 'age': 18, 'height': 183, 'addr': '浙江省杭州市西湖区'}

4.删除元素

可以通过pop或popitem方法从字典中删除元素
pop会返回（获得）键对应的值，但是如果字典中不存在指定的键，会引发KeyError错误；
popitem在删除元素时，会返回（获得）键和值组成的二元组。
字典的clear方法会清空字典中所有的键值对，

person = {'name': '张三', 'age': 18, 'height': 183, 'addr': '浙江省杭州市西湖区'}
print(person.pop('age'))  # 18
print(person)             # {'name': '张三', 'height': 183, 'addr': '浙江省杭州市西湖区'}
print(person.popitem())   # ('addr', '浙江省杭州市西湖区')
print(person)             # {'name': '张三', 'height': 183}
person.clear()
print(person)             # {}

跟列表一样，从字典中删除元素也可以使用del关键字，在删除元素的时候如果指定的键索引不到对应的值，一样会引发KeyError错误

person = {'name': '张三', 'age': 18, 'height': 183, 'addr': '浙江省杭州市西湖区'}
del person['age']
del person['addr']
print(person)  # {'name': '张三', 'height': 183}