02-defaultdic类工作原理及应用实例（全网最全？含常值函数的创建）

经常看到说“优雅地书写代码”，总是没啥感觉，直到这两天认真查阅了defaultdic这个类的一些资料。原来，灵活的应用，真的可以这么优雅、简单。

1  简要描述

defaultdic是collections包中的一个扩展类，是内置dict类的子类。

这个类比较简单，除了重写了dict类的__miss__方法，增加了一个实例变量外，其它与dict类一致。（但这个类的官方文档写得比较晦涩，感觉不用看那个文档，也就是这篇文章的第3部分）

运行流程如下：

1、当查询到不存在的key时，defaultdic对象调用__miss__(key)类，并将这个key与第1个参数的返回值进行映射绑定

2、使用的第1个实参（必须是可调用对象，可以是 int、str、list 等内置函数，也可以是自定义函数）的返回值进行映射绑定，形成[键：值]对，追加到实例中。

tips：如果在创建实例时，没有对第一个参数赋值，则defaultdic与内置dict类一样，遇到新的键，仍然会触发KeyError异常。

2  dict和defaultdic要解决什么样的问题

• dict：更偏向于处理“已知映射关系”
• defaultdic：偏向于处理“未知映射关系”

2.1  dict类的不足和defaultdic类的优势

有一些问题，虽然可以用映射关系来进行描述，但它们又无法穷举所有的可能（比如：各种问答系统），或者列举更多可能既浪费金钱，又不便操作（比如：生鲜店新菜和它的价格）。

当用dict来表述这类问题时，出现新的情况（新的键值），系统无法立即返回正确的值，对这个问题，需要额外花时间，单独进行处理，显得不那么聪明（优雅）。

而defaultdic类，刚好能够解决这种，“无法避免，而且一定会用类似的方法去处理”的问题。

它的实例对象在查询到不存在的键key时，按一定的规则，生成一个默认值，与这个key绑定，从而创建新的映射关系，再添加到类对象中去。

• 比如：客户提出的一个新问题，可以自动建立一个回复，叫“待解决”，再把这个问题作为key，与“待解决”建立映射关系，装入问答库中，之后再对所有“待解决”的问题进行处理。
• 再比如：蔬菜店上新品种，可以自动建立一个价格，赋予0值，再把这个品种和价格建立映射关系，装入产品库，之后再对所有价格为0的商品，修改价格后上架。

3  应用场景示例及代码

3.0  基本原理示例

defaultdict接收一个类对象或函数对象，在取值时，如果不存在对应的key则返回对应的函数返回值或默认构造函数的实例对象： 

3.0.1 以内置函数为参数

from collections import defaultdict

dic_1 = defaultdict(int)
dic_2 = defaultdict(tuple)
dic_3 = defaultdict(list)
dic_4 = defaultdict(str)
dic_5 = defaultdict(set)

这个地方default_factory的参数是int()，tuple()...，当查询key不存在时，自动将key与这些函数的默认返回值，进行绑定，再添加到对象的元素中。

from collections import defaultdict

dic_1 = defaultdict(int)
dic_2 = defaultdict(tuple)
dic_3 = defaultdict(list)
dic_4 = defaultdict(str)
dic_5 = defaultdict(set)

print(dic_1['1'])  # 0
print(dic_2['2'])  # ()
print(dic_3['3'])  # []
print(dic_4['4'])  # 没有显示，空字符串
print(dic_5['5'])  # set()

 3.0.2 以自定义函数或类为参数

当以自定义函数为参数时，返回值不能是None，否则defaultdict与dict没有区别；

当以类为参数时，__init__（）需要有返回值，不能是None。

from collections import defaultdict


class SaySomething:
    def __init__(self, res='hello'):
        self.res = res

    def __str__(self):
        return self.res

    def getSomething(self, thing='!'):
        return self.res + thing


def someFun(res=123):
    return res


dicFrom_class = defaultdict(SaySomething)
dicFrom_fun = defaultdict(someFun)

print(dicFrom_class['1'])  # hello
print(dicFrom_fun['2'])  # 123

print(dicFrom_class['1'].getSomething(' world!')) # hello world!

以类为参数时，生成了类实例，可以使用下标访问内置方法，比如最后一条语句。

tips：这个地方点到为止，实际运用中，能够产生很多奇思妙想。

3.1 例程1：使用list作为参数，轻松建立一对多的字典

3.1.1  使用defaultdict类

from collections import defaultdict

s = [('yellow', 1), ('blue', 2), ('yellow', 3), ('blue', 4), ('red', 1)]
d = defaultdict(list)
for k, v in s:
    d[k].append(v)

print(sorted(d.items()))
# 返回：[('blue', [2, 4]), ('red', [1]), ('yellow', [1, 3])]

说明：

1、字典中的每个键key，首次出现时，还没有任何映射关系；

2、系统使用default_factory函数（此时是list），返回1个空列表

（此时，映射关系已形成，即：键与一个空列表）；

3、然后，使用列表的append()方法，将值添加到空列表中，从而完成[键：值]映射；

4、 随后，当再次遇到相同键时，系统返回这个已有1个元素的列表。然后使用列表的append()方法，添加新的元素。

5、 这一操作方式与dict.setdefault()方法类似，但在运行效率上，更好一些。

3.1.2  使用dict.setdefault()方法，实现同样功能

s = [('yellow', 1), ('blue', 2), ('yellow', 3), ('blue', 4), ('red', 1)]
d = {}
for k, v in s:
    d.setdefault(k, []).append(v)

print(list(d.items()))

# 返回：[('yellow', [1, 3]), ('blue', [2, 4]), ('red', [1])]

先不论效率问题，单从可读性上，使用defaultdict也会更好一些。

3.2  例程2：使用int作为参数，轻松计数

计算字符串中，某个字母的个数（真的是非常简单）

from collections import defaultdict

s = 'mississippi'
d = defaultdict(int)
for k in s:
    d[k] += 1

print(sorted(d.items()))

# 返回：[('i', 4), ('m', 1), ('p', 2), ('s', 4)]

3.3  例程3：利用集合特性，使用set作为参数，去除一对多关系中的重复值

from collections import defaultdict

s = [('red', 1), ('blue', 2), ('red', 3), ('blue', 4), ('red', 1), ('blue', 4)]
d = defaultdict(set)
for k, v in s:
    d[k].add(v)

print(sorted(d.items()))

#返回：[('blue', {2, 4}), ('red', {1, 3})]

3.4  例程4：使用lambda创建常值函数，按需生成缺省值

前面提到过，内置函数的常值如下：

int()：0
tuple () ：()
list()： []
str()：''，空字符串
set()：set()，空集合

而自定义函数的返回值也是固定的，记得吗？

defaultdic类的第一个参数，必须是可调用对象。

1、如果按一般的办法，无法向自定义函数传递参数；

到目前为止，我们创建defaultdic类对象的写法，都是：

d = defaultdic(fun)，而不是d = defaultdic(fun（）)

2、无法传递参数，自然不可能在程序中，灵活改变缺省值

3、改变这一困境的办法就是使用lamda函数，让函数的返回值，也就是fun()跟fun一样，都是可调用对象。

from collections import defaultdict


def constant_factory(value):
    return lambda: value


d1 = defaultdict(constant_factory(12))
d2 = defaultdict(constant_factory('hello world'))

print(d1['1']) # 12
print(d2['str1']) # hello world

4  补充：官方文档（选择参考，可不看）

 官方文档链接：collections — Container datatypes — Python 3.12.2 documentation

4.1  定义

class collections.defaultdict(default_factory=None, /[, ...])

defaultdic类是内置字典类型的子类。实例化defaultdic类，返回一个类似字典的类型。

相对于dict类，它只是重写了一个函数，增加了一个可写实例变量，其它完全一致。

【tips：instance variable实例变量（只在实例对象中发生变化），相对于类变量class variable】

实例对象初始化时，第一个实参为default_factory属性提供初始值。默认情况下，它的值是None。其它参数，与普通的dict类一样，作为初始值，传递给类的构造函数（__init__)，在实例化对象时使用。

4.2  重写的函数__missing__(key)

1、查询不存在的键值时，会调用这个函数。

2、这个函数与default_factory 属性值有关。

        初始化对象时：

        2.1 如果没有传入这个参数或参数值为None，就会触发KeyError异常；

        2.2 如果不为None，这个函数就会把查询的值作为【键】，并把default_factory的值作为【键值】，创建新的键值对，插入字典中。

也就是说，当使用defaultdic类初始化类对象时，如果没有传用一个可调用对象，作为第一个实参，那么它和普通的dict没有区别。

4.3  default_factory

实际是一个可调用对象，接收一个工厂函数作为参数， 可以是 int、str、list 等内置函数，也可以是自定义函数。工厂函数的返回值，就会传入__missing__(key)。

mark一下（需要后期加深）：这个地方的用法非常灵活，包括了：类、类实例（实现了__call__方法）、lambda函数、生成器都可以作用这个地方的参数。这种灵活性，衍生出众多的应用场景。