Python 的擴(kuò)展數(shù)據(jù)類型是對(duì)內(nèi)置數(shù)據(jù)類型的增強(qiáng)，旨在解決特定需求，提供更高級(jí)的功能。我們來(lái)看一些常見(jiàn)的擴(kuò)展數(shù)據(jù)類型及其原理、用途，并通過(guò)示例逐步講解。

1. collections.namedtuple

namedtuple 是增強(qiáng)的元組，允許用名稱訪問(wèn)元素，增加代碼可讀性。

原理：它擴(kuò)展了普通元組，通過(guò)名稱而不是索引來(lái)訪問(wèn)元素。內(nèi)部實(shí)際上還是使用元組存儲(chǔ)數(shù)據(jù)，但通過(guò)動(dòng)態(tài)生成類的方式增加了屬性名。

場(chǎng)景：適合用于結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，如數(shù)據(jù)庫(kù)查詢結(jié)果、坐標(biāo)、RGB顏色值等。

示例：

from collections import namedtuple# 定義一個(gè)名稱為Point的 namedtuple
Point = namedtuple('Point', ['x', 'y'])p1 = Point(10, 20)
print(p1.x)  # 10
print(p1.y)  # 20

相比普通元組，它的可讀性和易維護(hù)性都增強(qiáng)了：

p = (10, 20)  # 普通元組
print(p[0])   # 10, 使用索引訪問(wèn)，不直觀

2. collections.defaultdict

defaultdict 是字典的擴(kuò)展，可以指定一個(gè)默認(rèn)工廠函數(shù)，當(dāng)訪問(wèn)不存在的鍵時(shí)，會(huì)自動(dòng)生成值。

原理：通過(guò) __missing__() 方法處理缺失的鍵，調(diào)用默認(rèn)工廠函數(shù)生成值。默認(rèn)工廠函數(shù)可以是 int、list 等。

場(chǎng)景：適用于需要頻繁初始化新鍵的場(chǎng)景，如統(tǒng)計(jì)、聚合等。

示例：

from collections import defaultdict# 默認(rèn)工廠函數(shù)為 list，初始化新鍵時(shí)返回空列表
dd = defaultdict(list)
dd['fruits'].append('apple')
print(dd)  # {'fruits': ['apple']}

如果使用普通字典會(huì)拋出 KeyError：

d = {}
# d['fruits'].append('apple')  # 拋出KeyError

3. collections.Counter

Counter 是用于計(jì)數(shù)的字典子類，適合用于頻率統(tǒng)計(jì)。

原理：內(nèi)部通過(guò)字典實(shí)現(xiàn)鍵值對(duì)，值表示元素出現(xiàn)的次數(shù)。

場(chǎng)景：適合統(tǒng)計(jì)元素頻次，如統(tǒng)計(jì)單詞、字符、事件等。

示例：

from collections import Counterwords = ['apple', 'banana', 'apple', 'orange', 'banana', 'apple']
word_count = Counter(words)
print(word_count)  # Counter({'apple': 3, 'banana': 2, 'orange': 1})

你可以直接用 Counter 對(duì)字符串進(jìn)行統(tǒng)計(jì)：

text = "hello world"
char_count = Counter(text)
print(char_count)  # Counter({'l': 3, 'o': 2, 'h': 1, 'e': 1, ' ': 1, 'w': 1, 'r': 1, 'd': 1})

4. collections.deque

deque 是雙向隊(duì)列，支持從兩端高效插入和刪除。

原理：內(nèi)部使用雙向鏈表實(shí)現(xiàn)，比普通列表 list 在兩端插入刪除更快。

場(chǎng)景：適用于隊(duì)列、棧等需要快速操作兩端的場(chǎng)景。

示例：

from collections import dequedq = deque([1, 2, 3])
dq.append(4)  # 在右邊添加
dq.appendleft(0)  # 在左邊添加
print(dq)  # deque([0, 1, 2, 3, 4])

與 list 比較：

lst = [1, 2, 3]
lst.insert(0, 0)  # 左邊插入操作效率較低，deque 更優(yōu)

5. collections.OrderedDict

OrderedDict 是保留插入順序的字典子類。

原理：普通字典在 Python 3.7+ 版本中已經(jīng)默認(rèn)保持插入順序，但 OrderedDict 在老版本中也提供了這種功能，并增加了 move_to_end 等方法。

場(chǎng)景：需要保證鍵值對(duì)插入順序的場(chǎng)景，如處理 LRU 緩存等。

示例：

from collections import OrderedDictod = OrderedDict()
od['a'] = 1
od['b'] = 2
od['c'] = 3
print(od)  # OrderedDict([('a', 1), ('b', 2), ('c', 3)])

6. collections.ChainMap

ChainMap 用于將多個(gè)字典組合成一個(gè)視圖。

原理：它不會(huì)復(fù)制字典，而是動(dòng)態(tài)構(gòu)建一個(gè)視圖，從多個(gè)字典中查找鍵。

場(chǎng)景：適用于需要在多個(gè)上下文（如局部和全局）中查找變量的場(chǎng)景。

示例：

from collections import ChainMapdict1 = {'a': 1, 'b': 2}
dict2 = {'b': 3, 'c': 4}
chain = ChainMap(dict1, dict2)
print(chain['b'])  # 2, 優(yōu)先返回第一個(gè)字典中的值

7. enum.Enum

Enum 是枚舉類型，允許定義一組常量，并使用名稱來(lái)引用它們。

原理：枚舉類通過(guò) enum 模塊實(shí)現(xiàn)，賦予一組有意義的常量名稱，增強(qiáng)代碼的可讀性。

場(chǎng)景：適合定義一組固定的常量值，如顏色、狀態(tài)、方向等。

示例：

from enum import Enumclass Color(Enum):RED = 1GREEN = 2BLUE = 3print(Color.RED)  # Color.RED
print(Color.RED.value)  # 1

總結(jié)

數(shù)據(jù)類型	原理	適用場(chǎng)景	示例
namedtuple	具名元組，使用名稱訪問(wèn)	結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)存儲(chǔ)	Point = namedtuple('Point', ['x', 'y'])
defaultdict	自動(dòng)初始化鍵值	需要初始化鍵的字典操作	dd = defaultdict(list)
Counter	計(jì)數(shù)器	統(tǒng)計(jì)頻次	word_count = Counter(words)
deque	雙向隊(duì)列，快速插入刪除	棧、隊(duì)列實(shí)現(xiàn)	dq = deque([1, 2, 3])
OrderedDict	保留插入順序的字典	LRU 緩存實(shí)現(xiàn)	od = OrderedDict()
ChainMap	多個(gè)字典的視圖	變量上下文查找	chain = ChainMap(dict1, dict2)
Enum	枚舉類型，定義常量	常量定義，如顏色、狀態(tài)等	Color.RED

這些擴(kuò)展類型在處理特定問(wèn)題時(shí)極為有用，它們可以提高代碼的可讀性、效率，并減少出錯(cuò)的可能。每個(gè)類型都為特定場(chǎng)景提供了優(yōu)化方案，使代碼更具表現(xiàn)力和清晰度。