不可变字典 — Python函数的实现方式

Python语言中的字典是一种可变的数据结构，即可以修改其中的键值对，但是在某些情况下，需要使用不可变字典。不可变字典在创建之后便无法修改其内容，而这种数据结构的实现有多种方式，本文主要介绍Python函数的实现方式。

实现方式一：使用 frozenset 类型

Python中的集合是不可变的数据结构，因此可以使用frozenset类型来实现不可变字典。具体地，可以将字典中的键值对转化为元组，并以元组为元素创建集合，然后将这个不可变的集合作为键，对应的值作为值，构建出不可变字典。示例代码如下：

keys = {'key1': 'value1', 'key2': 'value2'}
tuples = [(frozenset(key.items()), value) for key, value in keys.items()]

immutable_dict = {}
for key_set, value in tuples:
    immutable_dict[key_set] = value

上述代码中，首先创建了一个可变字典keys，然后使用一个列表推导式，将其转化为元组类型的列表tuples。在转化过程中，通过frozenset类型将字典的键值对转化为不可变类型。最后，通过遍历tuples列表，将其元素作为不可变字典的键值对填充到字典中。

实现方式二：使用 collections 模块的 Mapping 类型

Python内置的collections模块下有一个类Mapping，用于实现键值对的映射。该类可以用作基类，从而用户可以实现自己的映射类型。具体地，创建一个继承自Mapping的类，并且在子类中自定义__getitem__和__len__方法，以实现不可变字典的功能。示例代码如下：

from collections.abc import Mapping

class ImmutableDict(Mapping):
    def __init__(self, adict):
        self._adict = adict
        self._hash = None

    def __getitem__(self, key):
        return self._adict[key]

    def __len__(self):
        return len(self._adict)

    def __hash__(self):
        if self._hash is None:
            self._hash = hash(frozenset(self._adict.items()))
        return self._hash

    def __eq__(self, other):
        if isinstance(other, Mapping):
            return self._adict == dict(other)
        else:
            return NotImplemented

在该类的构造函数中，传入一个可变字典，并将其存储在对象的_adict属性中。在__getitem__方法中，根据给定的键值返回对应的值。在__len__方法中返回该字典的长度。在__hash__方法中，将_adict字典转化为不可变的frozenset类型，并将其哈希值保存在对象的_hash属性中。对于比较操作__eq__方法，比较两个字典的内容是否相等。

使用上述实现方式可以创建不可变字典的对象，例如：

immutable_dict = ImmutableDict({'key1': 'value1', 'key2': 'value2'})

该对象创建之后便无法修改其中的内容，即为不可变字典。如果尝试修改其中的条目，将会触发TypeError异常。例如下面的代码：

immutable_dict['key1'] = 'new_value'

总结

在Python中，不可变字典是一种非常有用的数据结构，可以保证其在创建之后内容不会发生变化。本文主要介绍了使用frozenset类型以及集合的方式和使用collections模块的Mapping类实现不可变字典的方式。这两种方式都可以实现功能，并且可以根据具体的应用场景选择更加适合的实现方式。