Python数据结构之dict底层细究

作为一个易用好使的数据结构 — 字典，与 Java 中 HashMap 一样，充满着设计的哲学。
下面我们就来详细讲述一下 dict 数据结构的底层原理

一、dict 构造约束

1. dict是由 key 和 value 组成的。
2. 其中 key 规定不能重复。如果字典键重复赋值的话，默认会取最后的赋值。
3. 键必须是可哈希的。大多数Python对象可以作为键，但它们必须是可哈希的对象。像列表和字典这样的可变类型，由于它们不是可哈希的，所以不能作答为键。所有不可变的类型都是可哈希的，因此它们都可以做为字典的键。

二、dict 底层数据结构

2.1 数据结构

dict 底层数据结构就是一个哈希表。默认初始容量为8，负载因子为$2/3$。

2.2 插入方法

先根据hash函数计算插入元素的hash值，看是否发生冲突，如果没有发生冲突，则直接插入，否则，当发生冲突时，不断寻找周围是否有空的 bucket，当发现空的bucket时，将其放入(开放寻址法)。

有三种方法可用于开发寻址法

• 线性探测
• 二次探测
• 双重探测
  

2.3 查找元素

通过hash函数求出元素对应的hash值，对比对应位置的元素是否与我们要查找的元素相同，相同则已找到，停止查找。否则就顺序向后不断查找，如果还没有查找到该元素，就说明没有在该dict中。

2.4 删除元素

删除过程不能直接删除元素，可以将删除的标记为被删除。当进行元素查找时，遇到被设为标记的位置，不停下来，而是继续向下探测下去。

不直接删除的原因是：当直接删除时，在下一次查找时，通过现性探测法，找到空闲位置，我们可以认为 dict 中不存在这个元素，倘若这个空闲位置是我们后来删除了的，就会引发查找的问题，当设一个标记之后，检测到这个位置的标记，就会继续查找下去，直到查到元素，否则，就是 dict 中没有该元素。

三、dict 扩容

dict 默认初始容量为8，扩容时候要求是2的指数次方，负载因子为$2/3$，当空间使用量超过了负载因子时，需要进行扩容，否则后续发生冲突的概率就很大。