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Python底层是怎么实现字典的?

Python底层是怎么实现字典的?

作者: 罗罗攀 | 来源:发表于2021-09-01 17:20 被阅读0次

前言

上次我们分享了列表的底层原理,今天我们继续分享另外一个常用的Python数据结构,字典。字典的键值对,可以让我们可以很轻松的完成数据查询、添加和删除,说到键值对,我又不经意想到了散列表(哈希表)。

今天可以明确的告诉你,字典就是用到了哈希表的思想,全剧终。开玩笑哈,那废话不多说,开整。

哈希表

在说字典的具体实现之前,我们还是简单介绍下哈希表的原理,大可放心,我尽量讲的通俗些。

之前我们介绍过数组,通过索引我们能快速获取元素值。哈希表也是一样,但是数组的索引是0到n-1,但是哈希表是键值对,所以,哈希函数来了。

我们把键通过哈希函数转换为哈希值(这样就可以是个整数),然后将对应的值存在数组中这个哈希值索引的位置上。

dict = {}
dict['name'] = 'lisi'

当然哈希表没有这么简单,还会涉及哈希冲突,扩容等等问题,这里就不过多介绍了。

字典

不会吧,都2021年了,不会还有人说字典是无序的吧。

确实,在python3.6之前,字典是无序的,但是在python3.7开始,字典就有序了,这有序无序,恰恰就说明字典的底层发生了变化,我们来一探究竟。

无序

在python3.6之前,哈希表结构如下所示,每一行存储了哈希值(hash)、键(key)、值(value)3个元素。

table = [
    ['--', '--', '--'],
    [hash, key, value],
    ['--', '--', '--'],
    ['--', '--', '--'],
    [hash, key, value],
]

例如dict['name'] = 'lisi',假设name计算的hash值为1,则存储如下。

dict = [
    ['--', '--', '--'],
    [1, 'name', 'lisi'],
    ['--', '--', '--'],
    ['--', '--', '--'],
     ['--', '--', '--'],
]

所以我们没办法保证下一个插入的键值对能保证在1的后面,hash值计算出来是多少,就存储在什么位置,没法做到有序,而却这种方法也很容易让哈希表稀疏,占用大量内存。

有序

有序的字典把索引和哈希值、键、值单独分开,如下所示。

indices = [None, None, index,]
table = [
    [hash0, key0, value0],
    [hash1, key1, value1],
    [hash2, key2, value2]
]

所以前面的例子在这里保存就是这样的。

indices = [None, 0, None]
table = [
    [1, 'name', 'lisi'],
]

这样确保了有序。

总结

当然,Python具体用的是什么hash函数,又是怎么解决哈希冲突和扩容的,这些就留给读者了,今天的分享就到这了,我们下期再见~

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