字典（dictionary)

1 . 字典

字典是通过名称来访问其各个值的数据结构，这种数据结构称为映射（mapping）。字典是Python中唯一的内置映射类型，其中的值不按顺序排列，而是存储在键下。键可能是数、字符串或元组。

字典的用途

字典的名称指出了这种数据结构的用途。普通图书适合按从头到尾的顺序阅读，如果你愿意，可快速翻到任何一页，这有点像Python中的列表。字典（日常生活中的字典和Python字典）旨在让你能够轻松地找到特定的单词（键），以获悉其定义（值）。

在很多情况下，使用字典都比使用列表更合适。下面是Python字典的一些用途：

• 表示棋盘的状态，其中每个键都是由坐标组成的元组；
• 存储文件修改时间，其中的键为文件名；
• 数字电话/地址簿。

假设有如下名单：

>>> names = ['Alice', 'Beth', 'Cecil', 'Dee-Dee', 'Earl']

 如果要创建一个小型数据库，在其中存储这些人的电话号码，该如何办呢？一种办法是再创建一个列表。假设只存储四位的分机号，这个列表将类似于：

>>> numbers = ['2341', '9102', '3158', '0142', '5551']

创建这些列表后，就可像下面这样查找Cecil的电话号码：

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

这可行，但不太实用。实际上，你希望能够像下面这样做：

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

 如何达成这个目标呢？只要phonebook是个字典就行了。

创建和使用字典

字典以类似于下面的方式表示：

phonebook = {'Alice': '2341', 'Beth': '9102', 'Cecil': '3258'}

字典由键及其相应的值组成，这种键-值对称为项（item）。在前面的示例中，键为名字，而值为电话号码。每个键与其值之间都用冒号（:）分隔，项之间用逗号分隔，而整个字典放在花括号内。空字典（没有任何项）用两个花括号表示，类似于下面这样：{}。

注意　在字典（以及其他映射类型）中，键必须是独一无二的，而字典中的值无需如此。

 　函数dict

可使用函数dict从其他映射（如其他字典）或键-值对序列创建字典。

与list、tuple和str一样，dict其实根本就不是函数，而是一个类。

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

还可使用关键字实参来调用这个函数，如下所示：

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

基本的字典操作

字典的基本行为在很多方面都类似于序列。

• len(d)返回字典d包含的项（键-值对）数。
• d[k]返回与键k相关联的值。
• d[k] = v将值v关联到键k。
• del d[k]删除键为k的项。
• k in d检查字典d是否包含键为k的项。

虽然字典和列表有多个相同之处，但也有一些重要的不同之处。

• 键的类型：字典中的键可以是整数，但并非必须是整数。字典中的键可以是任何不可变的类型，如浮点数（实数）、字符串或元组。
• 自动添加：即便是字典中原本没有的键，也可以给它赋值，这将在字典中创建一个新项。然而，如果不使用append或其他类似的方法，就不能给列表中没有的元素赋值。
• 成员资格：表达式k in d（其中d是一个字典）查找的是键而不是值，而表达式v in l（其中l是一个列表）查找的是值而不是索引。这看似不太一致，但你习惯后就会觉得相当自然。毕竟如果字典包含指定的键，检查相应的值就很容易。

提示　相比于检查列表是否包含指定的值，检查字典是否包含指定的键的效率更高。数据结构越大，效率差距就越大。

前述第一点（键可以是任何不可变的类型）是字典的主要优点。第二点也很重要，下面的示例说明了这种差别：

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

首先，我尝试将字符串'Foobar'赋给一个空列表中索引为42的元素。这显然不可能，因为没有这样的元素。要让这种操作可行，初始化x时，必须使用[None] * 43之类的代码，而不能使用[]。然而，接下来的尝试完全可行。这次我将'Foobar'赋给一个空字典的键42；如你所见，这样做一点问题都没有：在这个字典中添加了一个新项，我得逞了。

将字符串格式设置功能用于字典

可使用字符串格式设置功能来设置值的格式，这些值是作为命名或非命名参数提供给方法format的。在有些情况下，通过在字典中存储一系列命名的值，可让格式设置更容易些。例如，可在字典中包含各种信息，这样只需在格式字符串中提取所需的信息即可。为此，必须使用format_map来指出你将通过一个映射来提供所需的信息。

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

字典方法：

方法clear删除所有的字典项，这种操作是就地执行的（就像list.sort一样），因此什么都不返回（或者说返回None）。

>>> d = {}
>>> d['name'] = 'Gumby'
>>> d['age'] = 42
>>> d
{'age': 42, 'name': 'Gumby'}
>>> returned_value = d.clear()
>>> d
{}
>>> print(returned_value)
None

copy

方法copy返回一个新字典，其包含的键-值对与原来的字典相同（这个方法执行的是浅复制，因为值本身是原件，而非副本）。

>>> 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']}

如你所见，当替换副本中的值时，原件不受影响。然而，如果修改副本中的值（就地修改而不是替换），原件也将发生变化，因为原件指向的也是被修改的值（如这个示例中的'machines'列表所示）。

为避免这种问题，一种办法是执行深复制，即同时复制值及其包含的所有值，等等。为此，可使用模块copy中的函数deepcopy。

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

 fromkeys

方法fromkeys创建一个新字典，其中包含指定的键，且每个键对应的值都是None。

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

这个示例首先创建了一个空字典，再对其调用方法fromkeys来创建另一个字典，这显得有点多余。你可以不这样做，而是直接对dict（前面说过，dict是所有字典所属的类型）

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

如果你不想使用默认值None，可提供特定的值。

>>> dict.fromkeys(['name', 'age'], '(unknown)')
{'age': '(unknown)', 'name': '(unknown)'}

get

方法get为访问字典项提供了宽松的环境。通常，如果你试图访问字典中没有的项，将引发错误。

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

而使用get不会这样：

>>> print(d.get('name'))
None

如你所见，使用get来访问不存在的键时，没有引发异常，而是返回None。你可指定“默认”值，这样将返回你指定的值而不是None。

>>> d.get('name', 'N/A')
'N/A'

如果字典包含指定的键，get的作用将与普通字典查找相同。

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

方法items返回一个包含所有字典项的列表，其中每个元素都为(key, value)的形式。字典项在列表中的排列顺序不确定。

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

返回值属于一种名为字典视图的特殊类型。字典视图可用于迭代。另外，你还可确定其长度以及对其执行成员资格检查。

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

视图的一个优点是不复制，它们始终是底层字典的反映，即便你修改了底层字典亦如此。

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

然而，如果你要将字典项复制到列表中（在较旧的Python版本中，方法items就是这样做的），可自己动手做。

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

keys

方法keys返回一个字典视图，其中包含指定字典中的键。

pop

方法pop可用于获取与指定键相关联的值，并将该键-值对从字典中删除。

>>> d = {'x': 1, 'y': 2}
>>> d.pop('x')
1
>>> d
{'y': 2}

popitem

方法popitem类似于list.pop，但list.pop弹出列表中的最后一个元素，而popitem随机地弹出一个字典项，因为字典项的顺序是不确定的，没有“最后一个元素”的概念。如果你要以高效地方式逐个删除并处理所有字典项，这可能很有用，因为这样无需先获取键列表。

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

虽然popitem类似于列表方法pop，但字典没有与append（它在列表末尾添加一个元素）对应的方法。这是因为字典是无序的，类似的方法毫无意义。

提示　如果希望方法popitem以可预测的顺序弹出字典项，请参阅模块collections中的OrderedDict类。

 setdefault

方法setdefault有点像get，因为它也获取与指定键相关联的值，但除此之外，setdefault还在字典不包含指定的键时，在字典中添加指定的键-值对。

>>> d = {}
>>> d.setdefault('name', 'N/A')
'N/A'
>>> d
{'name': 'N/A'}
>>> d['name'] = 'Gumby'
>>> d.setdefault('name', 'N/A')
'Gumby'
>>> d
{'name': 'Gumby'}

如你所见，指定的键不存在时，setdefault返回指定的值并相应地更新字典。如果指定的键存在，就返回其值，并保持字典不变。与get一样，值是可选的；如果没有指定，默认为None。

 提示　如果希望有用于整个字典的全局默认值，请参阅模块collections中的defaultdict类。

update

方法update使用一个字典中的项来更新另一个字典。

>>> 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
{'url': 'http://www.python.org', 'changed':
'Mar 14 22:09:15 MET 2016', 'title': 'Python Language Website'}

对于通过参数提供的字典，将其项添加到当前字典中。如果当前字典包含键相同的项，就替换它。

 可像调用前面讨论的函数dict（类型构造函数）那样调用方法update。这意味着调用update时，可向它提供一个映射、一个由键-值对组成的序列（或其他可迭代对象）或关键字参数。

values

方法values返回一个由字典中的值组成的字典视图。不同于方法keys，方法values返回的视图可能包含重复的值。

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

小结：

• 映射：映射让你能够使用任何不可变的对象（最常用的是字符串和元组）来标识其元素。Python只有一种内置的映射类型，那就是字典。
• 将字符串格式设置功能用于字典：要对字典执行字符串格式设置操作，不能使用format和命名参数，而必须使用format_map。
• 字典方法：字典有很多方法，这些方法的调用方式与列表和字符串的方法相同。