OrderedDictPython詳解

一、OrderedDictPython概述

OrderedDictPython是Python語言中collections模塊下的一種有序字典類型，其特點是維持insertion order，即按照元素添加的順序保存，它支持普通字典的所有操作，而且自己還增加了一些額外方法。OrderedDictPython實際上是字典和鏈表的混合體，通過將插入的元素鏈接為一個雙向鏈表，以此來確保元素按照其插入順序訪問。使用這個數據結構主要是為了避免在普通字典中使用一個額外的列表來維護插入順序。

二、OrderedDictPython使用

使用OrderedDictPython和使用普通字典沒什麼區別，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需要先從collections模塊導入，而在Python3.x中無需導入。

from collections import OrderedDict

# 創建OrderedDict對象
d = OrderedDict()

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

# 訪問元素
print(d['one'])

# 刪除元素
del d['two']

# 清空字典
d.clear()

# 遍曆元素
for key, value in d.items():
    print(key, value)

# 獲取元素數量
print(len(d))

三、OrderedDictPython的特點

1、有序

OrderedDictPython是有序的，當插入一個元素時，它會記住元素被插入的位置，並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，還有一些額外的方法，例如iteritems()及其變體，這些方法可以按照元素添加的順序返回字典中的鍵值對

3、支持reverse操作

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

# 創建OrderedDict對象
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的實現原理

1、雙向鏈表

OrderedDict使用雙向鏈表維護元素的順序。每一個元素都被構造為一個Node節點，每個節點包含一個前向指針、後向指針、鍵、值。intialize()方法將頭節點和尾節點都設置為None，表示鏈表為空。

2、__setitem__方法

當向OrderedDictPython中添加一個元素時，__setitem__方法被調用，該方法會添加一個新節點，該節點的後向指針指向當前的尾節點，前向指針指向None。如果OrderedDict不為空，將當前尾節點前向指針指向新節點，將當前尾節點更新為新節點。__setitem__方法添加的節點存儲在字典的[name]條目處

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

當從OrderedDictPython中刪除一個元素時，__delitem__方法被調用，該方法會用前向指針和後向指針鏈接元素的前面和後面的元素，將元素從字典中刪除。元素的前向指針和後向指針都被設置為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

當OrderedDictPython被迭代時，__iter__方法被調用，該方法返回一個迭代器，該迭代器按照元素添加的順序返回OrderedDictPython的鍵。訪問一個鍵時會更新該鍵的節點的前向指針，將該節點移動到鏈表的尾部。這使得在迭代時更新額外存儲所需的時間最少。

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、總結

OrderedDictPython是Python語言中的一個實用數據結構，其主要特點是有序，支持普通字典所有操作，並提供了一些額外方法。它的實現是通過雙向鏈表來維護插入的順序，這就使得訪問和操作時無需維護額外存儲，也可以保持順序不變。在許多應用程序中，OrderedDictPython能夠提供方便和實用的解決方案。