Python 字典 — 键值对存储

学习字典的创建、访问、修改 · 难度：入门 · +10XP

Python 字典 — 键值对的魔法

一、什么是字典？为什么它是 Python 的"瑞士军刀"？

字典（Dictionary，简称 dict）是 Python 中最重要、最高效的数据结构之一。它是键值对（Key-Value Pair）的集合：每个元素由一个唯一的键（key）和对应的值（value）组成。你可以把字典想象成一本真正的字典：你要查"苹果"这个词（键），就能找到它的定义（值）。查找速度极快，不管字典有多大。

为什么字典如此重要？

• O(1) 平均查找时间 — 基于哈希表实现，查找速度不随数据量增长
• 自然的映射关系 — 用户名→用户信息、商品ID→商品详情、配置项→配置值
• JSON 的原生映射 — JSON 对象和 Python 字典结构几乎一致，API 开发必备
• Python 3.7+ 保证插入顺序 — 字典按插入顺序保持键的顺序
• Django ORM 的查询结果、pandas DataFrame 的底层、FastAPI 的请求体解析……都依赖字典

二、字典 vs 列表 vs 集合 — 何时用哪个？

三、字典方法速查表

四、详细代码示例（逐行注释）

# ======== 1. 创建字典的多种方式 ========
# 花括号创建（最常用）
user = {"name": "小明", "age": 18, "city": "北京"}
# dict() 构造函数
user2 = dict(name="小红", age=20, city="上海")  # 键名自动转为字符串
# 从键值对列表创建
pairs = [("a", 1), ("b", 2), ("c", 3)]
d = dict(pairs)                         # {'a': 1, 'b': 2, 'c': 3}
# 字典推导式（Dict Comprehension）
squares = {x: x**2 for x in range(6)}   # {0:0, 1:1, 2:4, 3:9, 4:16, 5:25}
# 用 fromkeys 创建（所有值相同）
defaults = dict.fromkeys(["name", "age", "city"], "未知")
# {'name': '未知', 'age': '未知', 'city': '未知'}
# ======== 2. 访问和修改 ========
user = {"name": "小明", "age": 18}
print(user["name"])               # "小明" — 直接索引（键不存在会报错！）
print(user.get("email", "未设置")) # "未设置" — 安全获取，推荐！
# 添加/更新
user["email"] = "xiaoming@example.com"  # 添加新键值对
user["age"] = 19                        # 更新已有键的值
# 批量更新
user.update({"age": 20, "phone": "13800138000"})
# ======== 3. 删除 ========
email = user.pop("email", "未找到")  # 删除并返回，键不存在返回默认值
del user["phone"]                    # 直接删除（键不存在会报错）
last_item = user.popitem()           # 删除并返回最后一项 (key, value)
# ======== 4. 遍历字典 ========
user = {"name": "小明", "age": 18, "city": "北京"}
# 遍历键
for key in user:                    # 默认为遍历键
    print(key, "→", user[key])
# 遍历值
for value in user.values():
    print(value)
# 同时遍历键和值（最常用！）
for key, value in user.items():
    print(f"{key}: {value}")
# 带索引遍历
for i, (key, value) in enumerate(user.items()):
    print(f"{i+1}. {key} = {value}")
# ======== 5. 字典的核心操作 ========
# 检查键是否存在
if "name" in user:                  # O(1) 时间复杂度
    print("name 存在于字典中")
# 默认值字典（计数神器！）
text = "hello world hello python"
word_count = {}
for word in text.split():
    # 如果键不存在，先设置默认值 0，再加 1
    word_count[word] = word_count.get(word, 0) + 1
print(word_count)                   # {'hello': 2, 'world': 1, 'python': 1}
# ======== 6. defaultdict — 更优雅的默认值 ========
from collections import defaultdict
# 自动为不存在的键创建默认值
word_count2 = defaultdict(int)      # int() 返回 0
for word in text.split():
    word_count2[word] += 1          # 不需要 get 了！
print(dict(word_count2))
# 分组列表
students = [
    {"name": "小明", "grade": "A"},
    {"name": "小红", "grade": "B"},
    {"name": "小刚", "grade": "A"},
]
by_grade = defaultdict(list)        # list() 返回空列表
for student in students:
    by_grade[student["grade"]].append(student["name"])
print(dict(by_grade))               # {'A': ['小明', '小刚'], 'B': ['小红']}
# ======== 7. 字典合并（Python 3.9+ 新特性） ========
d1 = {"a": 1, "b": 2}
d2 = {"b": 3, "c": 4}              # 注意 b 键冲突
merged = d1 | d2                    # {'a': 1, 'b': 3, 'c': 4} — 后者覆盖前者
d1 |= d2                            # 就地合并，d1 被修改
# Python 3.5-3.8 的合并方式
merged_old = {**d1, **d2}           # 解包合并
# ======== 8. 嵌套字典 ========
config = {
    "database": {
        "host": "localhost",
        "port": 3306,
        "name": "mydb"
    },
    "server": {
        "host": "0.0.0.0",
        "port": 8080
    }
}
# 安全访问嵌套值
db_host = config.get("database", {}).get("host", "默认值")
# 避免写成 config["database"]["host"]（中间任何一层为 None 就崩溃）
# ======== 9. 字典排序 ========
scores = {"小明": 85, "小红": 92, "小刚": 78}
# 按键排序
sorted_by_key = dict(sorted(scores.items()))
# 按值排序（降序）
sorted_by_val = dict(sorted(scores.items(), key=lambda x: x[1], reverse=True))
print(sorted_by_val)  # {'小红': 92, '小明': 85, '小刚': 78}

五、实践任务

1. 创建一个字典存储个人信息（姓名、年龄、城市、爱好列表），遍历并打印所有键值对
2. 统计字符串 "apple banana apple orange banana apple" 中每个单词出现的次数，用字典存储结果
3. 使用 defaultdict(list) 将学生按成绩等级分组：[("小明","A"), ("小红","B"), ("小刚","A"), ("小丽","C")]
4. 编写函数 merge_dicts(*dicts)，合并任意数量的字典（后面覆盖前面）
5. 给定嵌套字典，安全获取 data["user"]["profile"]["avatar"]，如果任何一层不存在则返回 "default.png"