python字典的底层原理

1、概述

字典对象的核心是散列表。
散列表是一个稀疏数组（总是有空白元素的数组），数组的每个单元叫做 bucket。每个 bucket有两部分：
一个是键对象的引用，
一个是值对象的引用。
所有 bucket 结构和大小一致，我们可以通过偏移量来读取指定bucket。
下面通过存储与获取数据的过程介绍字典的底层原理。

• 示例图
  

2、字典数据的存储原理

例如，我们将‘name’ = ‘李四’ 这个键值对存储到字典map中，假设数组长度为8，可以用3位二进制表示。

>>> map = {}
>>> map
{}
>>> map['name'] = '李四'

• 1、计算name的散列值。

>>> bin(hash('name'))
'0b101011100000110111101000101010100010011010110010100101001000110'

• 2、用散列值的最右边 3 位数字作为偏移量，即“110”，十进制是数字 6。我们查看偏移量 6，对应的 bucket 是否为空。如果为空，则将键值对放进去。如果不为空，则依次取左移 3 位作为偏移量，即“000”，十进制是数字0，循环此过程，直到找到为空的 bucket 将键值对放进去。
• python 会根据散列表的拥挤程度扩容。“扩容”指的是:创造更大的数组，将原有内容拷贝到新数组中。接近 2/3 时，数组就会扩容。扩容后，偏移量的数字个数增加，如数组长度扩容到16时，可以用最右边4位数字作为偏移量。
  

3、数据读取原理

>>> map.get('name')
'李四' 

• 1、计算name的散列值
• 2、用最右边 3 位数字作为偏移量，即“110”，十进制是数字6。查看偏移量 6，对应的 bucket 是否为空。如果为空，则返回 None。如果不为空，则将这个 bucket 的键对象计算出散列值，和我们的散列值进行比较，如果相等，则将对应“值对象”返回；如果不相等，则再依次取其他几位数字，重新计算偏移量。循环此过程。

4、注意事项

• 键必须可散列，如数字、元组、字符串；自定义对象需要满足支持hash、支持通过__eq__()方法检测相等性、若 a==b 为真，则 hash(a)==hash(b)也为真。

>>> b = [1,2] //list不可散列
>>> bin(hash(b))
Traceback (most recent call last):
 File "<pyshell#90>", line 1, in <module>
  bin(hash(b))
TypeError: unhashable type: 'list'

• 字典在内存中开销巨大，典型的空间换时间；
• 键查询速度很快；
• 往字典里面添加新建可能导致扩容，导致散列表中键的次序变化。因此，不要在遍历字典的同时进行字典的修改。