Python3 字典详解
1. 概述
字典（Dictionary）是 Python 中另一种可变容器模型，可存储任意类型对象。它是 Python 中最常用的数据结构之一，用于存储键值对（Key-Value Pair）。
字典的每个键值 key=>value 对用冒号 : 分割，每个对之间用逗号 (,) 分割，整个字典包括在花括号 {} 中。在 Python 3.7 及更高版本中，字典保持插入顺序。
d = {key1: value1, key2: value2, key3: value3}
注意： dict 是 Python 的关键字和内置函数，变量名不建议命名为 dict，以免覆盖内置功能。
核心特性
- 键唯一性：键必须是唯一的。如果同一个键被赋值两次，后一个值会被记住。
- 键不可变：键必须是不可变的类型，如字符串、数字或元组。列表、字典等可变类型不能作为键。
- 值任意性：值可以取任何数据类型，且不必唯一。
- 无序性（旧版）：在 Python 3.6 之前，字典是无序的；3.7+ 版本保证插入顺序。
一个简单的字典实例：
tinydict = {'name': 'runoob', 'likes': 123, 'url': 'www.runoob.com'}
2. 创建字典
2.1 使用大括号 {}
这是最常用的创建方式。
# 创建非空字典
person = {'name': 'Alice', 'age': 25, 'city': 'Beijing'}
# 创建空字典
empty_dict = {}
print(empty_dict) # 输出：{}
print(type(empty_dict)) # 输出：<class 'dict'>
2.2 使用内建函数 dict()
可以通过关键字参数或可迭代对象创建字典。
# 通过关键字参数创建
dict1 = dict(name='Bob', age=30)
print(dict1) # 输出：{'name': 'Bob', 'age': 30}
# 通过可迭代对象（列表/元组）创建
list_pairs = [('x', 1), ('y', 2)]
dict2 = dict(list_pairs)
print(dict2) # 输出：{'x': 1, 'y': 2}
# 创建空字典
emptyDict = dict()
print(len(emptyDict)) # 输出：0
2.3 使用 fromkeys() 方法
创建一个新字典，以指定序列为键，值为默认值。
keys = ['a', 'b', 'c']
default_value = 0
new_dict = dict.fromkeys(keys, default_value)
print(new_dict) # 输出：{'a': 0, 'b': 0, 'c': 0}
3. 访问与修改字典
3.1 访问字典里的值
将相应的键放入到方括号中。如果键不存在，直接访问会抛出 KeyError。
tinydict = {'Name': 'Runoob', 'Age': 7, 'Class': 'First'}
# 正常访问
print(tinydict['Name']) # 输出：Runoob
# 访问不存在的键会报错
# print(tinydict['Alice']) # KeyError: 'Alice'
为了安全访问，推荐使用 .get() 方法，它允许设置默认返回值。
value = tinydict.get('Alice', 'Not Found')
print(value) # 输出：Not Found
3.2 修改与添加元素
向字典添加新内容的方法是增加新的键/值对，修改或删除已有键/值对如下：
tinydict = {'Name': 'Runoob', 'Age': 7, 'Class': 'First'}
# 更新现有键的值
tinydict['Age'] = 8
# 添加新键值对
tinydict['School'] = "菜鸟教程"
print(tinydict) # 输出：{'Name': 'Runoob', 'Age': 8, 'Class': 'First', 'School': '菜鸟教程'}
3.3 使用 update() 合并字典
可以将另一个字典的内容合并到当前字典中。
d1 = {'a': 1, 'b': 2}
d2 = {'b': 3, 'c': 4}
d1.update(d2)
print(d1) # 输出：{'a': 1, 'b': 3, 'c': 4} (b 被覆盖)
在 Python 3.9+ 中，也可以使用 | 运算符进行合并：
d3 = d1 | d2
4. 删除字典元素
能删单一的元素也能清空字典，清空只需一项操作。
4.1 显式删除单个键
使用 del 命令。
tinydict = {'Name': 'Runoob', 'Age': 7, 'Class': 'First'}
del tinydict['Name'] # 删除键 'Name'
print(tinydict) # 输出：{'Age': 7, 'Class': 'First'}
4.2 使用 pop() 删除并返回值
移除给定键并返回该键对应的值。如果键不存在，可选提供默认值。
val = tinydict.pop('Age')
print(val) # 输出：7
4.3 使用 popitem() 删除最后一个键值对
随机删除（在 3.7+ 中按插入顺序最后）一个键值对并返回元组。
item = tinydict.popitem()
print(item) # 输出：('Class', 'First')
4.4 清空字典
使用 .clear() 方法保留字典对象但移除所有项。
tinydict.clear()
print(tinydict) # 输出：{}
4.5 删除整个字典对象
使用 del 语句。
del tinydict
# 此时再访问 tinydict 会引发 NameError
5. 字典内置函数与方法
5.1 常用内置函数
len(dict)：返回字典长度。str(dict)：转换为字符串表示。type(dict)：返回对象类型。
5.2 常用方法
.keys()：返回字典的所有键视图。.values()：返回字典的所有值视图。.items()：返回字典的所有键值对视图。.copy()：浅拷贝字典。.setdefault(key, default)：如果键存在返回值，否则设置键并返回默认值。
d = {'a': 1, 'b': 2}
# keys, values, items
print(list(d.keys())) # ['a', 'b']
print(list(d.values())) # [1, 2]
print(list(d.items())) # [('a', 1), ('b', 2)]
# setdefault
result = d.setdefault('c', 3)
print(result) # 3
print(d) # {'a': 1, 'b': 2, 'c': 3}
# copy
d_copy = d.copy()
6. 字典推导式
字典推导式提供了一种简洁的方式来创建字典。
# 基本推导式
squares = {x: x**2 for x in range(5)}
print(squares) # {0: 0, 1: 1, 2: 4, 3: 9, 4: 16}
# 带条件
evens = {x: x*2 for x in range(10) if x % 2 == 0}
print(evens) # {0: 0, 2: 4, 4: 8, 6: 12, 8: 16}
7. 遍历字典
7.1 遍历键
for key in d:
print(key)
7.2 遍历键值对
for key, value in d.items():
print(f"{key}: {value}")
7.3 注意事项
不要在遍历字典时修改其大小，这可能导致 RuntimeError。
8. 键的约束与哈希性
字典值可以是任何的 Python 对象，既可以是标准的对象，也可以是用户定义的，但键不行。
两个重要的点需要记住：
- 不允许同一个键出现两次。创建时如果同一个键被赋值两次，后一个值会被记住。
tinydict = {'Name': 'Runoob', 'Age': 7, 'Name': '小菜鸟'}
print(tinydict['Name']) # 输出：小菜鸟
- 键必须不可变。所以可以用数字，字符串或元组充当，而用列表就不行。
# 错误示例
try:
bad_dict = {['Name']: 'Runoob'}
except TypeError as e:
print(e) # unhashable type: 'list'
# 正确示例：使用元组作为键
valid_dict = {('Name', 'First'): 'Runoob'}
9. 性能与最佳实践
9.1 时间复杂度
- 查找、插入、删除的平均时间复杂度为 O(1)。
- 这使得字典在处理大量数据查找时比列表更高效。
9.2 内存占用
字典比列表占用更多内存，因为需要维护哈希表结构。对于简单计数场景，可以使用 collections.Counter。
9.3 常见陷阱
- 可变默认参数：在函数定义中避免使用字典作为默认参数。
# 错误
def add_item(item, list_arg=[]):
list_arg.append(item)
return list_arg
# 正确
def add_item(item, list_arg=None):
if list_arg is None:
list_arg = []
list_arg.append(item)
return list_arg
- 浮点数作为键：由于浮点数精度问题，不建议直接使用浮点数作为键。
10. 总结
Python 字典是处理键值映射关系的核心工具。掌握其创建、访问、修改、删除以及常用方法，能够显著提高代码效率和可读性。在实际开发中，应充分利用字典的 O(1) 查找特性，并注意键的不可变性要求。
