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目录

1. defaultdict：默认值字典
2. Counter：计数器
3. deque：双端队列
4. namedtuple：命名元组
5. OrderedDict：有序字典
6. ChainMap：链式字典
7. UserDict/UserList/UserString：自定义容器基类

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1. defaultdict：默认值字典

特性

• 自动处理缺失键：当访问不存在的键时，返回预定义的默认值（如 int、list）。
• 底层实现：继承自 dict，通过 default_factory 参数指定默认值生成函数。

实际场景

• 统计元素频率：

  from collections import defaultdict
  words = ["apple", "banana", "apple"]
  word_count = defaultdict(int)
  for word in words:word_count[word] += 1  # 无需检查键是否存在
  

• 分组数据：

  students = [("Alice", 90), ("Bob", 85), ("Alice", 95)]
  grouped = defaultdict(list)
  for name, score in students:grouped[name].append(score)  # 自动创建列表
  

面试问题

• Q: defaultdict 和普通 dict 的 get(key, default) 有何区别？
  A: defaultdict 的默认值在键不存在时会被自动创建并存储，而 get() 不会修改字典。

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2. Counter：计数器

特性

• 高效统计：快速计算可哈希对象（如字符串、列表）中元素的频率。
• 丰富接口：支持 most_common(n)、update() 等方法。

实际场景

• 分析日志数据：统计访问量最高的 IP 地址：

  from collections import Counter
  logs = ["192.168.1.1", "192.168.1.2", "192.168.1.1"]
  ip_count = Counter(logs)
  top_ips = ip_count.most_common(2)  # [('192.168.1.1', 2), ...]
  

• 合并统计结果：

  counter1 = Counter(a=3, b=1)
  counter2 = Counter(a=1, b=2)
  combined = counter1 + counter2  # Counter({'a':4, 'b':3})
  

面试问题

• Q: 如何用 Counter 找出两个字符串是否为变位词（Anagram）？
  A: 比较 Counter(s1) == Counter(s2)。

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3. deque：双端队列

特性

• 高效操作：首尾插入/删除的时间复杂度为 O(1)。
• 线程安全：支持多线程环境下的高效操作。

实际场景

• 实现滑动窗口算法：

  from collections import deque
  def sliding_window(nums, k):window = deque()for num in nums[:k]:window.append(num)yield list(window)for num in nums[k:]:window.popleft()window.append(num)yield list(window)
  

• 处理实时数据流：保留最近 N 条记录：

  data_stream = deque(maxlen=100)  # 自动丢弃旧数据
  

面试问题

• Q: deque 和 list 在首部插入的性能差异？
  A: deque 的 appendleft() 是 O(1)，而 list.insert(0, x) 是 O(n)。

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4. namedtuple：命名元组

特性

• 代码可读性：为元组的每个位置赋予字段名，类似轻量级类。
• 内存高效：与普通元组内存占用相同。

实际场景

• 处理数据库查询结果：

  from collections import namedtuple
  User = namedtuple("User", ["id", "name", "email"])
  row = (1, "Alice", "alice@example.com")
  user = User(*row)
  print(user.name)  # "Alice"
  

• 替代字典存储配置：

  Config = namedtuple("Config", ["host", "port"])
  config = Config(host="localhost", port=8080)
  

面试问题

• Q: 何时使用 namedtuple 而不是普通类？
  A: 当需要不可变数据、轻量级结构且无需方法时。

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5. OrderedDict：有序字典

特性

• 插入顺序保留：Python 3.7+ 后普通 dict 也支持，但 OrderedDict 提供额外方法（如 move_to_end）。

实际场景

• 实现 LRU 缓存：

  from collections import OrderedDict
  class LRUCache:def __init__(self, capacity):self.cache = OrderedDict()self.capacity = capacitydef get(self, key):if key not in self.cache:return -1self.cache.move_to_end(key)return self.cache[key]def put(self, key, value):if key in self.cache:self.cache.move_to_end(key)self.cache[key] = valueif len(self.cache) > self.capacity:self.cache.popitem(last=False)
  

面试问题

• Q: Python 3.7+ 的普通 dict 已经有序，为何还需要 OrderedDict？
  A: OrderedDict 提供 move_to_end() 等特有方法。

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6. ChainMap：链式字典

特性

• 多字典视图：将多个字典合并为一个逻辑视图，按顺序查找键。

实际场景

• 管理配置优先级（如默认配置 < 环境配置 < 用户配置）：

  from collections import ChainMap
  defaults = {"host": "localhost", "port": 8080}
  user_config = {"port": 9090}
  config = ChainMap(user_config, defaults)
  print(config["port"])  # 9090（用户配置优先）
  

面试问题

• Q: ChainMap 和合并多个字典（{**d1, **d2}）有何区别？
  A: ChainMap 是逻辑视图，不修改原字典；合并字典会创建新对象。

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7. UserDict/UserList/UserString：自定义容器基类

特性

• 安全继承：比直接继承内置类型更灵活，避免覆盖原生方法的问题。
• 封装数据：通过 self.data 属性访问底层数据。

实际场景

• 自定义字典的 JSON 序列化逻辑：

  from collections import UserDict
  class SafeDict(UserDict):def __setitem__(self, key, value):if not isinstance(key, str):raise TypeError("Key must be a string")super().__setitem__(key, value)
  

面试问题

• Q: 为何推荐使用 UserDict 而不是直接继承 dict？
  A: 直接继承 dict 时，某些方法（如 update()）可能绕过重写的逻辑。

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