Python數據結構之dict底層細究

作爲一個易用好使的數據結構 — 字典，與 Java 中 HashMap 一樣，充滿着設計的哲學。
下面我們就來詳細講述一下 dict 數據結構的底層原理

一、dict 構造約束

1. dict是由 key 和 value 組成的。
2. 其中 key 規定不能重複。如果字典鍵重複賦值的話，默認會取最後的賦值。
3. 鍵必須是可哈希的。大多數Python對象可以作爲鍵，但它們必須是可哈希的對象。像列表和字典這樣的可變類型，由於它們不是可哈希的，所以不能作答爲鍵。所有不可變的類型都是可哈希的，因此它們都可以做爲字典的鍵。

二、dict 底層數據結構

2.1 數據結構

dict 底層數據結構就是一個哈希表。默認初始容量爲8，負載因子爲$2/3$。

2.2 插入方法

先根據hash函數計算插入元素的hash值，看是否發生衝突，如果沒有發生衝突，則直接插入，否則，當發生衝突時，不斷尋找周圍是否有空的 bucket，當發現空的bucket時，將其放入(開放尋址法)。

有三種方法可用於開發尋址法

• 線性探測
• 二次探測
• 雙重探測
  

2.3 查找元素

通過hash函數求出元素對應的hash值，對比對應位置的元素是否與我們要查找的元素相同，相同則已找到，停止查找。否則就順序向後不斷查找，如果還沒有查找到該元素，就說明沒有在該dict中。

2.4 刪除元素

刪除過程不能直接刪除元素，可以將刪除的標記爲被刪除。當進行元素查找時，遇到被設爲標記的位置，不停下來，而是繼續向下探測下去。

不直接刪除的原因是：當直接刪除時，在下一次查找時，通過現性探測法，找到空閒位置，我們可以認爲 dict 中不存在這個元素，倘若這個空閒位置是我們後來刪除了的，就會引發查找的問題，當設一個標記之後，檢測到這個位置的標記，就會繼續查找下去，直到查到元素，否則，就是 dict 中沒有該元素。

三、dict 擴容

dict 默認初始容量爲8，擴容時候要求是2的指數次方，負載因子爲$2/3$，當空間使用量超過了負載因子時，需要進行擴容，否則後續發生衝突的概率就很大。