第四章-当索引行不通时：字典
需要将一系列值组合成数据结构并通过编号来访问各个值时，列表很有用。本章介绍一种可通过名称来访问其各个值的数据结构。这种数据结构称为映射（mapping）。字典是Python中唯一的内置映射类型，其中的值不按顺序排列，而是储存在键下。键可能是数、字符串或元组。
4.1 字典的用途
字典的名称指出了这种数据结构的用途。普通图书适合从头到尾的顺序阅读，如果你愿意，可以快速翻到任意一页，这有点像Python中的列表。字典（日常生活中的字典和Python字典）旨在让你能够轻松地找到特定的单词（键），以获悉其定义（值）。
在很多情况下，使用字典都比使用列表更合适。下面是Python字典的一些用途：
- 表示棋盘的状态，其中每个键都是由坐标组成的元组；
- 储存文件修改时间，其中的键为文件名；
- 数字电话/地址簿。
##假设由如下名单：
>>> names = ['Alice', 'Beth', 'Cecil', 'Dee-Dee', 'Earl']
##如果要创建一个小型数据库，在其中储存这些人的电话号码，该如何办呢？一种办法是再创建一个列表。假设只储存四位的分机号，这个列表将类似于：
>>> numbers = ['2341', '9102', '3158', '0142', '5551']
##创建这些列表后，就可以像下面这样查找Cecil的电话号码：
>>> numbers[names.index('Cecil')]
'3158'
这可行，但不太实用。实际上，我们希望能直接像下面这样做：
>>> phonebook['Cecil']
'3158'
如何达成这个目的呢？只要phonebook是个字典就行了。
4.2 创建和使用字典
字典以类似于下面的方式表示：
phonebook = {'Alice': '2341', 'Beth': '9102', 'Cecil': '3258'}
字典由键及其对应的值组成，这种键-值对称为项（item）。在前面的示例中，键为名字，而值为电话号码。每个键与其值之间都用冒号（：）分隔，项之间用逗号分隔，而整个字典放在花括号内。空字典（没有任何项）用两个花括号表示，类似于：{}。
注：在字典（以及其他映射类型）中，键必须是独一无二的，而字典中的值无需如此。
4.2.1 函数dict
可使用函数dict从其他映射（如其他字典）或键-值对序列中创建字典。
>>> item = [('name', 'Gumby'), ('age', 42)]
>>> d = dict(item)
>>> d
{'name': 'Gumby', 'age': 42}
>>> d['name']
'Gumby'
还可使用关键字实参来调用这个函数，如下所示：
>>> d = dict(name='Gumby', age=42)
>>> d
{'name': 'Gumby', 'age': 42}
尽管这可能是函数dict最常见的用法，但可使用一个映射实参来调用它，这将创建一个字典，其中包含指定映射中的所有项。像函数list、tuple和str一样，如果调用这个函数时没有提供任何实参，将返回一个空字典。从映射创建字典时，如果该映射也是字典（毕竟字典是Python中唯一的内置映射类型），可不使用函数dict，而是使用字典方法copy，这将在本章后面介绍。
4.2.2基本的字典操作
字典的基本行为在很多方面都类似于序列：
- len(d)返回字典d包含的项（键-值对）数；
- d[k]返回与键k相关联的值；
- d[k] = v将值v关联到键k；
- del d[k]删除键为k的项；
- k in d检查字典d是否包含键为k的项。
虽然字典和列表由多个相同指出，但也有一些重要的不同之处。
- 键的类型：字典中的键可以是整数，但并非必须是整数。字典中的键可以是任何不可变的类型，如浮点数（实数）、字符串或元组。
- 自动添加：即便是字典中原本没有的键，也可以给它赋值，这将在字典中创建一个新项。然而，如果不使用append或其他类似的方法，就不能给列表中没有的元素赋值。
- 成员资格：表达式k in d（其中d是一个字典）查找的是键而不是值，而表达式v in l（其中l是一个列表）查找的是值而不是索引。
提示：相比于检查列表是否包含指定的值，检查字典是否包含指定的键的效率更高。数据结构越大，效率差距就越大。
前述第一点（键可以是任何不可变的类型）是字典的主要优点。第二点也很重要，下面的示例说明了这种差别：
>>> x = []
>>> x[42] = 'Foobar'
Traceback (most recent call last):
File "<pyshell#1>", line 1, in <module>
x[42] = 'Foobar'
IndexError: list assignment index out of range
>>> x = {}
>>> x[42] = 'Foobar'
>>> x
{42: 'Foobar'}
首先，我们尝试将字符串’Foobar’赋给一个空列表中索引为42的元素。这显然不可信，因为没有这种元素。要让这种操作可行，初始化x时，必须使用[None] * 43之类的代码，而不能使用[]。然而，接下来对字典所做的尝试完全可行。
4.2.3 将字符串格式设置功能用于字典
第三章介绍过，可使用字符串格式设置功能来设置值的格式，这些值是作为命名或非命名参数提供给方法format。在有些情况下，通过在字典中储存一系列命名的值，可让格式设置更容易些。例如，可在字典中包含各种信息，这样只需要在格式字符串中提取所需的信息即可。为此，必须使用format_map来指出你将通过一个映射来提供所需的信息。
>>> phonebook = {'Alice': '2341', 'Beth': '9102', 'Cecil': '3258'}
>>> "Cecil's phone number is {Cecil}.".format_map(phonebook)
"Cecil's phone number is 3258."
像这样使用字典时，可指定任意数量的转换说明符，条件是所有的字段名都是包含在字典中的键。在模板系统中，这种字符串格式设置方式很有用（下面的示例使用的是HTML(＠_＠;)? [不懂]）。
>>> template = '''<html>
... <head><title>{title}</title></head>
... <body>
... <h1>{title}</h1>
... <p>{text}</p>
... </body>'''
>>> data = {'title': 'My Home Page', 'text': 'Welcome to my home page!'}
>>> print(template.format_map(data))
<html>
<head><title>My Home Page</title></head>
<body>
<h1>My Home Page</h1>
<p>Welcome to my home page!</p>
</body>
4.2.4 字典方法
与其他内置类型一样，字典也有方法。字典的方法很有用，但其使用频率可能没有列表和字符串的方法那样高。可先学习，等需要使用特定方法时再回来探究原理。
1. clear
方法clear删除所有的字典项，这种操作是就地执行的（就像list.sort一样），因此什么都不返回（或者说返回None）。
>>> d = {}
>>> d['name'] = 'Gumby'
>>> d['age'] = 42
>>> d
{'name': 'Gumby', 'age': 42}
>>> returned_value = d.clear()
>>> d
{}
>>> print(returned_value)
None
##这是很有用的，下面是第一个场景：
>>> x = {}
>>> y = x
>>> x['key'] = 'value'
>>> y
{'key': 'value'}
>>> x = {}
>>> y
{'key': 'value'}
##下面是第二个场景：
>>> x = {}
>>> y
{'key': 'value'}
>>> x = {}
>>> y = x
>>> x['key'] = 'value'
>>> y
{'key': 'value'}
>>> x.clear()
>>> y
{}
在这两个场景中，x和y最初都指向同一个字典。在第一个场景中，我们通过将一个空字典赋给x来“清空”它。这对y没有任何影响，它依然指向原来的字典。这种行为可能正是我们想要的，但要删除原来字典的所有元素，必须使用clear。如果这样做，y将是空的，如第二个场景所示。
2. copy
方法copy返回一个新字典，其包含的键-值对与原来的字典相同（这个方法执行的是浅复制，因为值本身是原件，而非副本）。
>>> x = {'username': 'admin', 'machines': ['foo', 'bar', 'baz']}
>>> y = x.copy()
>>> y['username'] = 'mlh'
>>> y['machines'].remove('bar')
>>> y
{'username': 'mlh', 'machines': ['foo', 'baz']}
>>> x
{'username': 'admin', 'machines': ['foo', 'baz']}
##如我们所见，当替换副本中的值时，原件不受影响。然而，如果修改副本中的值（就地修改而不是替换），原件也将发生变换，因为原件指向的也是被修改的值。
为避免这一问题，一种办法是执行深复制，即同时复制值及其包含的所有值，等等。为此，可以使用模块copy中的函数deepcopy。
>>> from copy import deepcopy
>>> d = {}
>>> d['names'] = ['Alfred', 'Bertrand']
>>> c = d.copy()
>>> dc = deepcopy(d)
>>> d['names'].append('Clive')
>>> c
{'names': ['Alfred', 'Bertrand', 'Clive']}
>>> dc
{'names': ['Alfred', 'Bertrand']}
3. fromkeys
方法fromkeys创建一个新字典，其中包含指定的键，且每个键对应的值都是None。
>>> {}.fromkeys(['name', 'age'])
{'name': None, 'age': None}
这个示例首先创建了一个空字典，再对其调用方法fromkeys来创建另一个字典，这显得有点多余。我们可以不这样做，而是直接对dict（dict是所有字典所属的类型）调用方法fromkeys。
>>> dict.fromkeys(['name', 'age'])
{'name': None, 'age': None}
##如果不想使用默认值None，可提供特定值。
>>> dict.fromkeys(['name', 'age'], '(unknow)')
{'name': '(unknow)', 'age': '(unknow)'}
4. get
方法get为访问字典项提供了宽松的环境。
##通常，如果我们试图访问字典中没有的项，将引发错误。如：
>>> d = {}
>>> print(d['name'])
Traceback (most recent call last):
File "<pyshell#5>", line 1, in <module>
print(d['name'])
KeyError: 'name'
##而使用get不会这样：
>>> print(d.get('name'))
None
##如我们所见，使用get来访问不存在的键时，没有引发异常，而是返回None。我们可以指定“默认”值，这样将返回我们指定的值而不是None：
>>> d.get('name', 'N/A')
'N/A'
##如果字典中包含指定的键，get的作用将与普通的字典查找相同：
>>> d['name'] = 'Eric'
>>> d.get('name')
'Eric'
5. items
方法items返回一个包含所有字典项的列表，其中每个元素都为（key,value）的形式。字典项在列表中的排列顺序不确定。
>>> d = {'title': 'Python Web Site', 'url': 'http://www.python.org', 'spam': 0}
>>> d.items()
dict_items([('title', 'Python Web Site'), ('url', 'http://www.python.org'), ('spam', 0)])
#返回值属于一种名为字典视图的特殊类型。字典视图可用于迭代（第五章）。另外，还可确定其长度以及对其执行成员资格的审查：
>>> it = d.items()
>>> len(it)
3
>>> ('spam', 0) in it
True
#视图的一个优点是不复制，它们始终是底层字典的反应，即使你修改了底层字典亦如此：
>>> d['spam'] = 1
>>> ('spam', 0) in it
False
>>> d['spam'] = 0
>>> ('spam', 0) in it
True
#然而，如果你要将字典项复制到列表中，可自己动手做：
>>> list(d.items())
[('title', 'Python Web Site'), ('url', 'http://www.python.org'), ('spam', 0)]
6. keys
方法keys返回一个字典视图，其中包含指定字典中的键。
>>> d = {'title': 'Python Web Site', 'url': 'http://www.python.org', 'spam': 0}
>>> d.keys()
dict_keys(['title', 'url', 'spam'])
7. pop
方法pop可用于获取与指定键相关联的值，并将该键-值从对应字典中删除。
>>> d = {'x': 1, 'y': 2}
>>> d.pop('x')
1
>>> d
{'y': 2}
8. popitem
方法popitem类似于list.pop，但list.pop弹出列表中的最后一个元素，而popitem随机地弹出一个字典项，因为字典项的顺序是不确定的，没有“最后一个元素”的概念。如果我们要以高效的方式逐个删除并处理所有的字典项，这可能很有用，因为这样无需先获取键列表。
>>> d = {'title': 'Python Web Site', 'url': 'http://www.python.org', 'spam': 0}
>>> d.popitem()
('spam', 0)
>>> d
{'title': 'Python Web Site', 'url': 'http://www.python.org'}
虽然popitem类似于列表方法pop，但字典没有与append（它在列表末尾添加一个元素）对应的方法。这是因为字典是无序的，类似的方法毫无意义。
注：如果希望方法popitem以可预测的顺序弹出字典项，情参阅模块collections中的OrderedDict类。
9. setdefault
方法setdefault优点像get，因为它也获取与指定键相关联的值，但除此之外，setdefault还在字典不包含指定的键时，在字典中添加指定的键-值对。
>>> d = {}
>>> d.setdefault('name', 'N/A')
'N/A'
>>> d
{'name': 'N/A'}
>>> d['name'] = 'Gumby'
>>> d.setdefault('name', 'N/A')
'Gumby'
>>> d
{'name': 'Gumby'}
#如我们所见，指定的键不存在时，setdefault返回指定的值并相应地更新字典。如果指定的键存在，就返回其值，并保持字典不变。与get一样，值是可选的；如果没有指定，默认为None。
>>> d = {}
>>> print(d.setdefault('name'))
None
>>> d
{'name': None}
提示：如果希望有用于整个字典的全局默认值，请参阅模块collections中的defaultdict类。
10. update
方法update使用一个字典中的项来更新另一个字典。
>>> d = {'title': 'Python Web Site', 'url': 'http://www.python.org', 'changed': 'Mar 14 22:09:15 MET 2016'}
>>> x = {'title': 'Python Language Website'}
>>> d.update(x)
>>> d
{'title': 'Python Language Website', 'url': 'http://www.python.org', 'changed': 'Mar 14 22:09:15 MET 2016'}
对于通过参数提供的字典，将其添加到当前字典中。如果当前字典包含键相同的项，就替换它。
可像调用本章前面讨论的函数dict（类型构造函数）那样调用方法update。这意味着调用update时，可向它提供一个映射、一个由键-值对组成的序列（或其他可迭代对象）或关键字参数。
11. values
方法values返回一个由字典中的值组成的字典视图。不同于方法keys，方法values返回的视图可能包含重复的值。
>>> d = {}
>>> d[1] = 1
>>> d[2] = 2
>>> d[3] = 3
>>> d[4] = 1
>>> d.values()
dict_values([1, 2, 3, 1])
>>> d.keys()
dict_keys([1, 2, 3, 4])
4.3 小结
本章介绍了如下内容：
- 映射：映射让你能够使用任何不可变的对象（最常用的是字符串和元组）来标识其元素。Python只有一种内置的映射类型，那就是字典。
- 将字符串格式设置功能用于字典：要对字典执行字符串格式的设置操作，不能使用format和命名参数，而必须使用format_map。
- 字典方法：字典有很多方法，这些方法的调用方式与列表和字符串的方法相同。
