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1. 数据结构概述
这里的数据结构主要描述容器数据类型:列表, 字典, 集合四种容器数据类型, 它们都属于可变数据类型, 前面提到的数值类型和字符串类型、元组, 它们都属于不可变数据类型,不可以修改.
2. 列表
列表是容器数据类型，可存储多个元素，且支持不同类型数据，可修改，有序列表，可重复。
举例：
x = [1, 'abc', True, {"name":"Joe"}, 1, 2, ['7', '89']]
x
例子中展现了以下情况：
- 不同的数据类型共存一个列表的情况：有数值类型、字符串、有列表、字典
- 列表包含其他容器类型：字典{“name”:“Joe”}和列表[‘7’, ‘89’]
- 列表展现了重复的数据，列表中存在2个1
2.1 定义列表
定义列表有2种方法：list()函数和[]列表运算符。
2.1.1 list()函数
首先看一下list()函数的描述：
list?
从输出的描述信息中可知，list仅支持1个参数：
- 可为空，为空时则创建一个空列表
x1 = list()
print(x1, type(x1))
- 不为空时，参数必须是可迭代类型
- 什么是可迭代对象呢？举个简单的例子，能够在for循环中遍历使用的都是可迭代类型，具体的可迭类型有字符串、列表、元组、字典。
x0 = list() # 无参数，空列表
print(x0, type(x0))
x1 = list("name") # 用字符串初始化列表
print(x1, type(x1))
x2 = list([1, 2, 'a', 'b', 'c']) # 用列表初始化列表
print(x2, type(x2))
x3 = list((1, 2, 3, 4)) # 用元组初始化列表
print(x3, type(x3))
d1 = {"name":"zsm", "age":18, "sex":"male"}
x4 = list(d1.keys()) # 用字典初始化列表:对于key和value需要分别处理
x5 = list(d1.values())
print(x4, type(x4), x5, type(x5))
2.1.2 []列表运算符
x1 = [] # 空列表
print(x1, type(x1))
x2 = [1, 2, 3, 4] # 有元素的列表
print(x2, type(x2))
2.2 列表常用方法
x = [1, 2, 3, 4, 5]
dir(x)
[‘add’,
‘class’,
‘contains’,
‘delattr’,
‘delitem’,
‘dir’,
‘doc’,
‘eq’,
‘format’,
‘ge’,
‘getattribute’,
‘getitem’,
‘gt’,
‘hash’,
‘iadd’,
‘imul’,
‘init’,
‘init_subclass’,
‘iter’,
‘le’,
‘len’,
‘lt’,
‘mul’,
‘ne’,
‘new’,
‘reduce’,
‘reduce_ex’,
‘repr’,
‘reversed’,
‘rmul’,
‘setattr’,
‘setitem’,
‘sizeof’,
‘str’,
‘subclasshook’,
‘append’,
‘clear’,
‘copy’,
‘count’,
‘extend’,
‘index’,
‘insert’,
‘pop’,
‘remove’,
‘reverse’,
‘sort’]
使用dir函数列出列表可支持的方法和属性，从输出可知方法有’append’, ‘clear’, ‘copy’, ‘count’, ‘extend’, ‘index’, ‘insert’, ‘pop’, ‘remove’, ‘reverse’, ‘sort’。
-
添加
- li.append（x）：向列表尾部添加一个元素
x = [1, 2, 3, 4, 'abc', True] x.append(7) # 在末尾插入一个对象 x[1, 2, 3, 4, ‘abc’, True, 7]
- li.insert(index，object)：向列表的指定位置插入一个元素
x.insert(2, 'boy') # 在索引为2的位置插入对象boy x[1, 2, ‘boy’, 3, 4, ‘abc’, True, 7]
- li.extend（li2）：合并，将参数列表中的元素合并到原列表中
x2 = ['banana', 'apple'] x.extend(x2) # 注意：是将列表x2中的元素合并到x中，不是将x2整体合并到x中 x[1, 2, ‘boy’, 3, 4, ‘abc’, True, 7, ‘banana’, ‘apple’]
-
删除
- li.pop（index）：删除指定位置的一个元素
y = x.pop(4) # 取出列表中的元素4，取出后元素不再存于x中 print(x, y)[1, 2, ‘boy’, 3, ‘abc’, True, 7, ‘banana’, ‘apple’] 4
- li.remove（object）：删除指定内容的一个元素，object是要删除的元素，只能删除第一个
x.append(2) # 插入一个新的对象2到列表中 print(x) x.remove(2) # 删除一个值为2的对象，且仅删除第一个 print(x)[1, 2, ‘boy’, 3, ‘abc’, True, 7, ‘banana’, ‘apple’, 2]
[1, ‘boy’, 3, ‘abc’, True, 7, ‘banana’, ‘apple’, 2]- li.clear()：清空列表中的所有元素
x.clear() # 清除对象 x[]
-
序列
- li.reverse()：将列表反序，等同于[::-1]
x = [1, 2, 3, 4, 'abc', True] print(x) x.reverse() # 逆序 print(x)[1, 2, 3, 4, ‘abc’, True]
[True, ‘abc’, 4, 3, 2, 1]- li.sort()：对列表排序，可按照升序或降序排列
x = [1, 2, 3, 7, 8,3, 2,2] x.sort() print(x)[1, 2, 2, 2, 3, 3, 7, 8]
-
其它
- li.count(object)：对列表中的某个元素进行计数
x = [1, 2, 3, 7, 8,3, 2,2] x.count(2)3
- li.index(object)：获得列表中元素的索引，返回第一个匹配的索引
x = [1, 2, 3, 7, 8,3, 2,2] x.index(2)1
2.3 列表推导式
列表推导式是一个根据条件从原列表快速生成新列表的简写方法,其语法为
[输出值 for 遍历的元素 in 列表变量 if 条件语句]
举例:快速删除列表中的数字3
x = [1, 2, 3, 4, 5, 3, 6, 7]
x = [i for i in x if i!=3]
print(x)
[1, 2, 4, 5, 6, 7]
2.4 变量的存储机制
Python中的一切都是对象，变量是对象的引用！对象存于堆中，变量存于栈中。
2.4.1 什么是堆、栈？
堆栈都存在与内存中，在运行时分配的内存空间。对象存于堆中，变量存于栈中， 堆区存变量值, 栈区存变量名。栈区存放变量名和其变量值的内存地址, 通过这个内存地址, 变量名可以找到变量值。
2.4.2 直接引用和间接引用
2.4.2.1 直接引用：变量名直接关联变量值
直接引用常见于整数类型和字符串类型，修改它们的值，其实已经指向了其它的对象。直接引用的数据类型也被称为不可变数据类型, 不可变数据类型在内存中存储的值仅存储一份,后续定义的变量如果值相等都指向用一个对象,即 x1 is x2 and x1 == x2为True.
变量名(变量值的地址)存于内存栈区，变量值存于堆区, 变量名直接关联变量值。
x = 10
y = 20
print(hex(id(x)), hex(id(y)))
0x7ff97c90f020 0x7ff97c90f160 # 从输出中可知，x，y指向两个不一样的对象
当执行x = y 时，你会发现x已经指向了一个新的对象，和原来的对象链路已经断开了。
x = 10
y = 20
print(hex(id(x)), hex(id(y)))
x = y
print(hex(id(x)), hex(id(y)))
0x7ff97c90f020 0x7ff97c90f160
0x7ff97c90f160 0x7ff97c90f160 # 从输出中可知，x,y已经指向了同一个对象
注意：字符串的内容是不可以更改的，修改会直接报错！！！
name = "David"
name[2] = 'a'
TypeError Traceback (most recent call last)
C:\Users\ZHOUSH~1\AppData\Local\Temp/ipykernel_9084/4053774855.py in
1 name = “David”
2 name[2] = ‘a’
TypeError: ‘str’ object does not support item assignment
2.4.2.1 间接引用：变量名通过列表对象间接访问变量值
间接引用出现在容器类型里，如列表、元组、字典等。
定义列表变量l，其存储结构如图：变量l存储于栈区，变量l通过存储在堆区中列表对象内存地址访问列表对象，然后列表对象再通过其列表中存储的元素地址访问具体的变量值’a’ 和 ‘b’。
l = ['a', 'b']
如果修改变量l[1]的值，例如l[1] = ‘c’，则列表的存储地址不会发生变化，但是列表对象第0个元素的地址会发生变化，其为字符’c’的内存地址，并指向字符对象’c’,但是整个过程变量l的地址不会发生变化.
特别注意:间接引用变量既是值相等,这两个变量也不一定是同一个变量;而对于不可变数据类型,只要值相等,那么这两个变量一定是同一个变量.
x1 = [1, 2, 3, 4, 5, 3, 6, 7]
x2 = [1, 2, 3, 4, 5, 3, 6, 7]
x1 is x2
print(hex(id(x1)), hex(id(x2)))
0x2913b25ab08 0x2913cdf35c8
2.5 浅拷贝与深拷贝
-
直接赋值：其实就是对象的引用（别名）。
-
浅拷贝(copy)：拷贝父对象，不会拷贝对象的内部的子对象。
-
深拷贝(deepcopy)： copy 模块的 deepcopy 方法，完全拷贝了父对象及其子对象。
2.5.1 直接赋值
其实就是对象的引用（别名）
l1 = [1, 'abc', [2, 3]]
l2 = l1
print(id(l1), id(l2))
2822815412936 2822815412936
l2直接指向l1引用的对象,l1和l2的内存地址是一样的, 存储结构如图.
2.5.2 浅拷贝
拷贝父对象，不会拷贝对象的内部的子对象。
import copy
l1 = [1, 'abc', [2, 3]]
l2 = copy.copy(l1)
print(id(l1), id(l2))
print('l1:', id(l1[0]), id(l1[1]), id(l1[2]))
print('l2:', id(l2[0]), id(l2[1]), id(l2[2]))
2822786373512 2822786371656 # l1和l2的内存地址不一样,是两个不一样的变量
l1: 140709513457408 2822710032120 2822785142088
l2: 140709513457408 2822710032120 2822785142088 # l1和l2的元素的内存地址是一样的, 包括元素中的列表变量(是直接指向过去的), 验证了仅拷贝父对象的描述.
2.5.3 深拷贝
copy 模块的 deepcopy 方法，完全拷贝了父对象及其子对象。
import copy
l1 = [1, 'abc', [2, 3]]
l2 = copy.deepcopy(l1)
print(id(l1), id(l2))
print('l1:', id(l1[0]), id(l1[1]), id(l1[2]), id(l1[2][0]), id(l1[2][1]))
print('l2:', id(l2[0]), id(l2[1]), id(l2[2]), id(l2[2][0]), id(l2[2][1]))
2822786372360 2822815414472 # l1和l2的内存地址不一样,是不同的变量
l1: 140709513457408 2822710032120 2822786363528 140709513457440 140709513457472
l2: 140709513457408 2822710032120 2822786366024 140709513457440 140709513457472
l2对l1进行了深拷贝,直至数据类型为不可变类型为止.
从输出中可以看到:
- l1和l2的内存地址不一样了,是不同的变量;
- l1和l2的前2个成员变量的内存是一样的, 因为它们直接引用的不可变数据类型;
- 第3个成员变量为一个列表,深拷贝时创建了一个新的列表变量,从输出可知l1[2]的内存地址为2822786363528, l2[2]的内存地址为2822786366024.
- 但l1[2]和l[3]列表中的元素的内存地址又变为一样的了,因为它们都是不可变数据类型,指向同一个对象(注:不可变数据类型仅在内存中存储一份).
