python字典

说说Python中字典的底层是怎么实现的？

1.相关概念

• Python 字典的底层实现是哈希表。调用python内置的哈希函数，将键（Key）作为参数进行转换（哈希运算+取余运算），得到一个唯一的地址（地址的索引），然后将值（Value）存放到对应地址中（给相同的键赋值会直接覆盖原值，因为相同的键转换后的地址是一样的）。
• 哈希表（Hash Table，又称为散列表）是一种线性表的存储结构。由一个直接寻址表 T (假设大小为m) 和一个哈希函数 h(k) 组成。对于任意可哈希对象，通过哈希函数（一般先进行哈希计算，然后对结果进行取余运算），将该对象映射为寻址表的索引 [0,1,2,…m-1]，然后在该索引所对应的空间 T[0,1,2,…,m-1] 进行变量的存储/读取等操作。

注：键（Key）必须是可哈希的，即，通过哈希函数可为此键计算出唯一地址。

• 对于 Python 来说，变量，列表、字典、集合这些都是可变的，所以都不能做为键（Key）来使用。Python 的哈希算法对相同的值计算得到的结果是一样的，也就是说 123 和 123.0 的值相同，他们被认为是相同的键（Key）。

2.哈希冲突

• 由于哈希表的大小是有限的，而要存储的值的总数量是无限的，因此对于任何哈希函数，都会出现两个不同元素映射到同一个位置上的情况，这种情况叫做哈希冲突。字典使用了开放寻址法来解决冲突。

开放寻址法：如果哈希函数返回的位置已经有值，则可以探查新的空位置来存储这个值。

3.python中字典的操作

• 插入： 对键进行哈希和取余运算，得到一个哈希表的索引，如果该索引所对应的表地址空间为空，将键值对存入该地址空间；
• 查询/更新：对键进行哈希和取余运算，得到一个哈希表的索引，如果该索引所对应的地址空间中键与要查询/更新的键一致，那么就将该键值对取出来 / 更新该键所对应的值；
• 扩容：在特定条件下自动进行扩容，以保证字典的操作效率（如插入、查询的平均时间复杂度维持在 O(1)）。扩容的触发条件：
  字典的扩容行为与 “负载因子”（load factor）密切相关。负载因子的计算公式为：
  负载因子 = 字典中键值对的数量 / 哈希表的容量
  Python 字典会维护一个负载因子阈值（默认通常为 2/3）。当插入新键值对后，负载因子超过该阈值时，字典会触发扩容，这时候会对已经存在的键值对 重新进行哈希取余运算（重新进行插入操作）保存到其它位置。