Python的字典實作如何實現高效率的Key-Value儲存和檢索？

深入研究 Python 的內建字典實現

了解 Python 內建字典類型的複雜工作原理對於揭示其效能特徵至關重要。雖然人們普遍認為 Python 中的字典是作為哈希表實現的，但這種實現的具體細節長期以來一直難以捉摸。踏上全面的旅程，揭開 Python 字典實現的奧秘。

雜湊表：字典的基礎

從本質上講，Python 的字典是作為一個哈希表——一種資料結構，旨在根據從密鑰派生的雜湊值有效地儲存和檢索資料。雜湊表提供恆定時間的查找和插入操作，使其成為管理大量鍵值對集合的理想選擇。

解決雜湊衝突

為了確保快速訪問，雜湊表將鍵分佈在固定數量的槽（稱為桶）上。然而，當不同的金鑰雜湊到同一個儲存桶時，不可避免地會發生衝突，這給維護資料完整性帶來了挑戰。 Python 的字典採用一種稱為開放尋址的技術來有效地管理衝突。

開放尋址和槽結構

使用開放尋址，可以透過探測內部的空槽來解決衝突水桶。雜湊表中的每個桶都包含一系列槽，每個槽儲存一個封裝了鍵、其雜湊值及其對應值的條目。

雜湊和鍵：唯一識別的支柱

在插入和檢索操作期間，Python 的字典會仔細比較條目的雜湊值和鍵，以確定它們的唯一性。如果這兩個參數對齊，則相應的條目被識別為存在或不存在（分別在插入和尋找的情況下）。

探測：搜尋空槽

當發生衝突時，Python 的字典開始探測旅程，探索後續的槽，直到找到一個空槽——一個沒有條目的空槽。這個探測過程一直持續到出現適當的槽為止。

動態調整大小以實現最佳效率

為了保持閃電般快速的查找操作，Python 的字典配備了自動調整大小功能當達到其容量的三分之二時觸發的機制。這種大小調整可確保字典有效地容納不斷增長的數據，而不會影響其反應能力。

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