python 中的 setdefault 方法详解、底层原理和用法

1、setdefault 方法功能

setdefault是Python中字典的一个方法， 它用于在字典中查找指定键 如果键存在， 则返回对应的值； 如果键不存在，则在字典中添加该键，并将其值设置为指定的默认值

2、setdefault 用法详解

dict.setdefault(key, default_value)

其中，key为要查找或添加的键，default_value为键不存在时设置的默认值。 如果省略default_value，则默认为None。

3、setdefault 底层原理

• 底层实现

在Python中，字典是一种无序的键值对集合，它的底层实现是基于哈希表。
哈希表是一种根据关键字直接访问内存位置的数据结构，通过哈希函数将关键字映射到对应的内存位置。
Python中的字典是通过拉链法（chaining）实现的哈希表。
拉链法是指每个哈希桶（bucket）（下方有解释）中存储一个链表，哈希值相同的键值对会被插入到同一个链表中。当需要查找或插入一个键值对时，先计算出该键的哈希值，然后根据哈希值找到对应的哈希桶，再在该哈希桶对应的链表中查找或插入键值对。

下面是setdefault方法的底层实现步骤：

计算要查找或添加的键的哈希值，找到对应的哈希桶。

遍历哈希桶对应的链表，查找是否有键与要查找或添加的键相同。

如果找到了相同的键，则返回该键对应的值。

如果没有找到相同的键，则在链表头部添加一个新的键值对，并将键的值设置为默认值。

返回默认值作为该键的值。

• 上面中什么是哈希桶？

哈希桶是哈希表中存储元素的容器，它是一个固定大小的数组，每个元素都是一个链表或其他容器。
哈希桶的大小是根据哈希表的负载因子（load factor）和哈希表中元素数量来计算的。

在Python中，哈希桶是一个由哈希表实现的动态数组，每个哈希桶中存储的是一条链表，链表中的每个节点都是一个键值对。
当需要查找或插入一个键值对时，先计算出该键的哈希值，然后根据哈希值找到对应的哈希桶，
再在该哈希桶对应的链表中查找或插入键值对。

哈希桶的大小通常是一个质数，这是为了保证哈希函数的均匀性和哈希表的性能。
如果哈希桶的大小比较小，会导致哈希冲突（hash collision）的概率增大，从而降低哈希表的性能；
如果哈希桶的大小比较大，会浪费内存空间。

在Python中，哈希桶的大小是动态调整的，当哈希表中元素数量达到一定阈值时，
Python会自动扩容哈希表，增加哈希桶的数量，在保证哈希函数均匀性和哈希表性能的同时，提高哈希表的存储容量。

总之，哈希桶是哈希表中存储元素的容器，它是哈希表实现的关键之一，直接影响哈希表的性能和存储容量。

• setdefault方法的底层实现步骤：

1、计算要查找或添加的键的哈希值，找到对应的哈希桶。
2、遍历哈希桶对应的链表，查找是否有键与要查找或添加的键相同。
3、如果找到了相同的键，则返回该键对应的值。
4、如果没有找到相同的键，则在链表头部添加一个新的键值对，并将键的值设置为默认值。
5、返回默认值作为该键的值。

• 底层实现的过程示例：

d = {"a": 1, "b": 2}

# 查找键'c'
if 'c' in d:
    value = d['c']
else:
    d['c'] = 3
    value = 3

# value = 3

# 修改键'a'的默认值
if 'a' in d:
    value = d['a']
else:
    d['a'] = 3
    value = 3

# value = 1

手动模拟了setdefault方法的实现过程。当查找键'c'时，因为该键不存在，
所以通过添加键值对的方式将键'c'的值设置为默认值3。
当查找键'a'时，因为该键已经存在，所以返回键'a'对应的值1，而不修改其默认值。

总之，setdefault方法是Python字典的一个有用的方法，它可以方便地查找和添加键值对。
对于大型的数据处理应用程序来说，使用哈希表来实现字典可以极大地提高程序的效率和性能。

4、setdefault 示例方法

4.1 添加一个新键和默认值

d = {"a": 1, "b": 2}
d.setdefault("c", 3)
print(d)  # 输出：{'a': 1, 'b': 2, 'c': 3}
# 字典d本来并没有键为'c'的元素，使用setdefault方法可以添加一个新的键'c'和默认值3

4.2 修改已有键的默认值

d = {"a": 1, "b": 2}
d.setdefault("a", 3)
print(d)  # 输出：{"a": 1, "b": 2}
# 字典d已经有键'a'，使用setdefault方法仍然会返回键'a'对应的值1，而不会修改它的默认值。

4.3 可以省略默认值参数

d = {"a": 1, "b": 2}
d.setdefault("c")
print(d)  # 输出：{"a": 1, "b": 2, "c": None}
# 省略了默认值参数，此时默认值为None

4.4 在字典中嵌套一个列表

d = {}
d.setdefault("list", []).append(1)
d.setdefault("list", []).append(2)
print(d)  # 输出：{"list": [1, 2]}
# 使用setdefault方法为字典d添加一个键'list'，并将其值设置为一个空列表。然后，使用列表的append方法向该列表中添加元素1和2。