快捷導(dǎo)航

Python字典和集合的底層原來(lái)是這么玩的

更新時(shí)間：2026年06月02日 08:20:08 作者：To_OC

在Python算法競(jìng)賽中,集合(set)和字典(dict)是兩個(gè)高頻使用的內(nèi)置數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu),二者分工明確,這篇文章主要介紹了Python字典和集合底層的相關(guān)資料,文中通過(guò)代碼介紹的非常詳細(xì),需要的朋友可以參考下

昨天寫 Python 小腳本，腦子一抽想把列表當(dāng)成字典的 key 存數(shù)據(jù)，敲完回車控制臺(tái)直接甩來(lái)一個(gè)報(bào)錯(cuò)，當(dāng)時(shí)我人都傻了，盯著屏幕看了半天，愣是沒明白為啥字符串能當(dāng) key，列表就不行。

截圖就是當(dāng)時(shí)控制臺(tái)報(bào)的 unhashable type: 'list'，就是這行破代碼，逼得我把字典、哈希表、可變不可變對(duì)象全啃了一遍。

說(shuō)實(shí)話，我之前對(duì)字典的理解就停留在 “存鍵值對(duì)的容器”，啥底層原理、使用限制一概不知，這次踩坑后才算真的吃透，趁熱乎把我的思考過(guò)程分享給大家。

先搞懂：字典為啥比列表快到飛起？

最開始我存「名字 - 成績(jī)」，用的是最笨的原始方法：

# 兩個(gè)列表，下標(biāo)一一對(duì)應(yīng)，純純笨方法
names = ['周杰倫', '蔡徐坤', '周星馳']
score = [100, 2.5, 100]

# 想查蔡徐坤的分?jǐn)?shù)？得遍歷列表找下標(biāo)，數(shù)據(jù)多了直接慢死

這就是列表的硬傷：查找、插入的速度會(huì)跟著元素變多越來(lái)越慢。

然后 Python 的字典就登場(chǎng)了，我給它打個(gè)最貼切的比方：字典就是書本最前面的索引目錄。你想找某一頁(yè)內(nèi)容，不用從頭翻到尾，看目錄直接定位頁(yè)碼；字典底層是哈希表，key 通過(guò)哈希算法算出一個(gè)唯一的索引，直接找到 value 的存儲(chǔ)地址，所以查找速度是 O (1)，不管多少數(shù)據(jù)，都是秒查。

這才是字典的正確打開方式：

    # 字python典：key-value鍵值對(duì)
    d = {'周杰倫': 100, '蔡徐坤': 2.5, '周星馳': 100}
    # 直接查找，瞬間出結(jié)果
    print(d['蔡徐坤'])  # 2.5

日常用字典的增刪改查，我也把踩過(guò)的小坑整理好了：

    # 1. 修改已有的key
    d['周杰倫'] = 88
    print(d['周杰倫'])  # 88

    # 2. 千萬(wàn)別直接訪問不存在的key！會(huì)直接報(bào)錯(cuò)
    # d['ikun']  # KeyError，血的教訓(xùn)

    # 3. 安全訪問：用in判斷 / get方法
    print('ikun' in d)  # False
    print(d.get('ikun'))  # None，不報(bào)錯(cuò)
    print(d.get('ikun', -1))  # 可以指定默認(rèn)值，太香了
    print(d.get('蔡徐坤', -1))  # 2.5

    # 4. 刪除key
    d.pop('蔡徐坤')

核心大坑：為啥列表絕對(duì)不能當(dāng)字典的 key？

繞回最開始的報(bào)錯(cuò)，我第一反應(yīng)是：“Python 歧視列表？憑啥字符串就行？”后來(lái)翻了哈希表的設(shè)計(jì)規(guī)則，才恍然大悟：字典的 key 必須是可哈希的，也就是不可變類型。

哈希算法的硬性要求：key 必須固定不變！如果 key 是可變的（比如列表），你改一下列表內(nèi)容，哈希計(jì)算的結(jié)果就變了，字典直接找不到 value 的位置，整個(gè)哈希表就亂套了。

字符串、數(shù)字、元組是不可變的，所以能當(dāng) key；列表、字典是可變的，Python 直接禁止它們當(dāng)字典的 key。

順便記一下字典的優(yōu)缺點(diǎn)，別把它當(dāng)萬(wàn)能藥：

優(yōu)點(diǎn)：查找、插入極快，不隨元素增多變慢
缺點(diǎn)：占用內(nèi)存大，典型的空間換時(shí)間

秒懂 Set：就是個(gè)沒有 value 的字典

搞懂字典后，看 Set 集合簡(jiǎn)直是降維打擊！Set 和字典的底層原理一模一樣，唯一區(qū)別：Set 只存 key，不存 value，而且 key 不能重復(fù)，天生自帶去重功能。

直接上可運(yùn)行的 demo：

    # 兩種創(chuàng)建set的方式
    s = {1, 2, 3}
    # 列表轉(zhuǎn)set，自動(dòng)去重
    s = set([1,2,3,2,5])
    print(s)  # {1,2,3,5}

    # 增刪元素
    s.add(4)
    s.remove(4)

    # 集合運(yùn)算：交集、并集，處理數(shù)據(jù)超好用
    s1 = {1, 2, 3}
    s2 = {2, 3, 4}
    print(s1 & s2)  # 交集 {2,3}
    print(s1 | s2)  # 并集 {1,2,3,4}

終極迷惑：可變對(duì)象 vs 不可變對(duì)象

本來(lái)以為字典搞定就收工了，結(jié)果又被列表sort和字符串replace坑了一把，這倆的效果完全不一樣！

    # 列表：可變對(duì)象
    a = ['c', 'b', 'a']
    print(a.sort())  # None！坑！sort直接修改原列表，不返回新對(duì)象
    print(a)  # ['a', 'b', 'c']

    # 字符串：不可變對(duì)象
    str_obj = 'abc'
    # replace不會(huì)改原字符串，只會(huì)返回新的字符串！
    print(str_obj.replace('a', 'A'))  # Abc
    print(str_obj)  # abc 原對(duì)象紋絲不動(dòng)

現(xiàn)在徹底理清了：