OrderedDictPython详解

一、OrderedDictPython概述

OrderedDictPython是Python语言中collections模块下的一种有序字典类型，其特点是维持insertion order，即按照元素添加的顺序保存，它支持普通字典的所有操作，而且自己还增加了一些额外方法。OrderedDictPython实际上是字典和链表的混合体，通过将插入的元素链接为一个双向链表，以此来确保元素按照其插入顺序访问。使用这个数据结构主要是为了避免在普通字典中使用一个额外的列表来维护插入顺序。

二、OrderedDictPython使用

使用OrderedDictPython和使用普通字典没什么区别，可以使用dict提供的方法，也可以使用OrderedDict提供的方法。需要注意的是，在Python 2.7中使用OrderedDict需要先从collections模块导入，而在Python3.x中无需导入。

from collections import OrderedDict

# 创建OrderedDict对象
d = OrderedDict()

# 添加元素
d['one'] = 1
d['two'] = 2
d['three'] = 3

# 访问元素
print(d['one'])

# 删除元素
del d['two']

# 清空字典
d.clear()

# 遍历元素
for key, value in d.items():
    print(key, value)

# 获取元素数量
print(len(d))

三、OrderedDictPython的特点

1、有序

OrderedDictPython是有序的，当插入一个元素时，它会记住元素被插入的位置，并保持元素在字典中的位置

2、可迭代

OrderedDictPython支持字典的所有操作，还有一些额外的方法，例如iteritems()及其变体，这些方法可以按照元素添加的顺序返回字典中的键值对

3、支持reverse操作

如果需要反向迭代OrderedDictPython对象，可以使用reverse()方法

# 创建OrderedDict对象
d = OrderedDict()

# 添加元素
d['one'] = 1
d['two'] = 2
d['three'] = 3

# 反向迭代
for key, value in reversed(d.items()):
    print(key, value)

四、OrderedDictPython的实现原理

1、双向链表

OrderedDict使用双向链表维护元素的顺序。每一个元素都被构造为一个Node节点，每个节点包含一个前向指针、后向指针、键、值。intialize()方法将头节点和尾节点都设置为None，表示链表为空。

2、__setitem__方法

当向OrderedDictPython中添加一个元素时，__setitem__方法被调用，该方法会添加一个新节点，该节点的后向指针指向当前的尾节点，前向指针指向None。如果OrderedDict不为空，将当前尾节点前向指针指向新节点，将当前尾节点更新为新节点。__setitem__方法添加的节点存储在字典的[name]条目处

def __setitem__(self, key, value, dict_setitem=dict.__setitem__):
    # add new item
    if key not in self:
        root = self.__root
        last = root[PREV]
        last[NEXT] = root[PREV] = self.__map[key] = [last, root, key]
    dict_setitem(self, key, value)

3、__delitem__方法

当从OrderedDictPython中删除一个元素时，__delitem__方法被调用，该方法会用前向指针和后向指针链接元素的前面和后面的元素，将元素从字典中删除。元素的前向指针和后向指针都被设置为None。

def __delitem__(self, key, dict_delitem=dict.__delitem__):
    dict_delitem(self, key)
    link_prev, link_next, key = self.__map.pop(key)
    link_prev[NEXT] = link_next
    link_next[PREV] = link_prev

4、__iter__方法

当OrderedDictPython被迭代时，__iter__方法被调用，该方法返回一个迭代器，该迭代器按照元素添加的顺序返回OrderedDictPython的键。访问一个键时会更新该键的节点的前向指针，将该节点移动到链表的尾部。这使得在迭代时更新额外存储所需的时间最少。

def __iter__(self):
    root = self.__root
    curr = root[NEXT]
    while curr is not root:
        yield curr[KEY]
        curr = curr[NEXT]
        curr[PREV] = root
        root[NEXT] = curr

五、总结

OrderedDictPython是Python语言中的一个实用数据结构，其主要特点是有序，支持普通字典所有操作，并提供了一些额外方法。它的实现是通过双向链表来维护插入的顺序，这就使得访问和操作时无需维护额外存储，也可以保持顺序不变。在许多应用程序中，OrderedDictPython能够提供方便和实用的解决方案。