Python字典操作与面向对象编程入门：数据结构与OOP基础实践

在Python编程中，掌握高效的数据组织和程序构建思想至关重要。字典作为一种强大的键值对数据结构，能帮助我们灵活地存储和管理数据；而面向对象编程则为构建复杂、可维护的软件系统提供了坚实的框架。本文将深入讲解字典的核心操作与面向对象编程的基础知识，并通过代码示例带你快速上手。

学习目标

• 字典
  • 能够创建字典，并使用键值对存储和访问数据。
  • 掌握字典的常见操作，如添加键值对、删除键值对（pop()）、遍历字典等。
• 面向对象编程基础
  • 理解类和对象的概念，能够定义简单的类，并创建对象。
  • 掌握类的构造函数（__init__()）的使用，用于初始化对象的属性。

字典学习

1. 创建字典

在Python中有多种方式可以创建字典。

• 直接使用花括号 {} 创建

  # 创建一个简单的字典
  student = {
      “name”: “运维阿生”，
      “age”: 66,
      “major”: “计算机科学”
  }

  在这个例子中，“name”、“age”和“major”是键，而“运维阿生”、66和“计算机科学”分别是对应的值。我们可以通过键来访问字典中的值，就像这样：

  print(student[“name”])  # 输出：运维阿生

• 使用 dict() 构造函数创建

  # 通过传入关键字参数创建字典
  person = dict(name=“ASheng”， age=66, city=“China”)
  print(person)
  # 通过传入可迭代对象（如元组列表）创建字典
  data = [(“key1”， 1), (“key2”， 2), (“key3”， 3)]
  new_dict = dict(data)
  print(new_dict)

  dict()构造函数可以接受不同形式的参数来创建字典。第一种方式是使用关键字参数，第二种方式是传入一个包含键值对元组的可迭代对象。

2. 使用键值对存储和访问数据

• 存储数据 可以通过为不存在的键赋值来向字典中添加新的键值对，这是实现灵活数据存储和管理的常用方式。

  student = {“name”: “ASheng”， “age”: 66}
  student[“gender”] = “Female”
  print(student)

  这里，我们为student字典添加了一个新的键“gender”，并将其值设置为“Female”。

• 访问数据 可以使用方括号[]或者get()方法来访问字典中的值。

  student = {“name”: “ASheng”， “age”: 66, “major”: “Computer Science”}
  # 使用方括号访问
  print(student[“name”])  # 输出：ASheng
  # 使用 get() 方法访问
  print(student.get(“age”))  # 输出：66
  
  # 当键不存在时，使用方括号会引发 KeyError 异常
  # print(student[“height”])  # 会引发 KeyError
  
  # 使用 get() 方法可以指定默认值
  print(student.get(“height”， “Unknown”))  # 输出：Unknown

  get()方法的好处是当键不存在时，不会引发异常，而是返回指定的默认值（如果没有指定默认值，则返回None）。

3. 字典的常见操作

• 添加键值对 除了前面提到的直接赋值的方式，还可以使用update()方法一次性添加多个键值对。

  student = {“name”: “ASheng”， “age”: 66}
  new_info = {“major”: “Computer Science”， “gender”: “Female”}
  student.update(new_info)
  print(student)

  update()方法接受一个字典或者包括键值对的可迭代对象作为参数，将其键值对添加到原字典中。

• 删除键值对

  • pop()方法：用于删除指定键的键值对，并返回该键对应的值。如果键不存在，可以指定默认值，避免引发KeyError异常。

    student = {“name”: “ASheng”， “age”: 66, “major”: “Computer Science”}
    removed_age = student.pop(“age”)
    print(removed_age)  # 输出：66
    print(student)  # 输出：{‘name’: ‘ASheng’， ‘major’: ‘Computer Science’}
    # 指定默认值
    removed_height = student.pop(“height”， “Unknown”)
    print(removed_height)  # 输出：Unknown

  • popitem()方法：随机删除并返回字典中的一个键值对（在Python 3.7及以后版本中，会删除并返回最后插入的键值对）。

    student = {“name”: “ASheng”， “age”: 66, “major”: “Computer Science”}
    popped_item = student.popitem()
    print(popped_item)  # 例如输出：(‘major’， ‘Computer Science’)
    print(student)  # 输出：{‘name’: ‘ASheng’， ‘age’: 66}

  • del语句：可以直接删除指定键值对。

    student = {“name”: “ASheng”， “age”: 66, “major”: “Computer Science”}
    del student[“major”]
    print(student)  # 输出：{‘name’: ‘ASheng’， ‘age’: 66}

• 遍历字典 a. 遍历键

  student = {“name”: “ASheng”， “age”: 66, “major”: “Computer Science”}
  for key in student:  # 等同于 for key in student.keys():
      print(key)

  这里for循环直接遍历字典时，默认遍历的是字典的键。 b. 遍历值

  student = {“name”: “Alice”， “age”: 20, “major”: “Computer Science”}
  for value in student.values():
      print(value)

  使用values()方法可以获取字典中所有的值，并进行遍历。 c. 同时遍历键和值

  student = {“name”: “Alice”， “age”: 20, “major”: “Computer Science”}
  for key, value in student.items():
      print(f“{key}: {value}”)

  items()方法返回一个包含键值对元组的可迭代对象，通过for循环可以同时获取键和值。

面向对象编程基础

1. 理解类和对象的概念，定义简单的类并创建对象

类是一种抽象的概念，它定义了一组对象的共同属性和行为。对象是类的具体实例。

# 定义一个简单的类
class Circle:
    def calculate_area(self， radius):
        import math
        return math.pi * radius ** 2

# 创建 Circle 类的对象
circle1 = Circle()
area = circle1.calculate_area(5)
print(area)  # 输出圆的面积

在这个例子中，Circle是一个类，它定义了一个方法calculate_area()用于计算圆的面积。circle1是Circle类的一个对象，通过这个对象可以调用类中定义的方法。

2. 掌握类的构造函数(__init__())的使用

构造函数__init__()是一个特殊的方法，在创建对象时会自动调用，用于初始化对象的属性。

class Rectangle:
    def __init__(self， length, width):
        self.length = length
        self.width = width

    def calculate_area(self):
        return self.length * self.width

# 创建 Rectangle 类的对象
rectangle1 = Rectangle(4， 5)
area = rectangle1.calculate_area()
print(area)  # 输出：20

在Rectangle类中，__init__()方法接受length和width作为参数，并将它们赋值给对象的属性self.length和self.width。这样，在创建Rectangle对象时，就必须提供length和width的值，对象的属性会在创建时被初始化。

3. 类的属性和方法

类的属性可以分为实例属性和类属性。实例属性是每个对象独有的，而类属性是所有对象共享的。方法是定义在类中的函数，用于描述对象的行为。

class Dog:
    # 类属性
    species = “Canis familiaris”

    def __init__(self， name, age):
        # 实例属性
        self.name = name
        self.age = age

    def bark(self):  # 实例方法
        print(f“{self.name} says Woof!”)

# 创建 Dog 类的对象
dog1 = Dog(“Buddy”， 3)
dog2 = Dog(“Max”， 5)

# 访问类属性
print(dog1.species)  # 输出：Canis familiaris
print(dog2.species)  # 输出：Canis familiaris

# 访问实例属性
print(dog1.name)  # 输出：Buddy
print(dog2.age)   # 输出：5

# 调用实例方法
dog1.bark()  # 输出：Buddy says Woof!
dog2.bark()  # 输出：Max says Woof!

在这个例子中，species是类属性，所有Dog类的对象都共享这个属性。name和age是实例属性，每个对象都有自己独立的name和age值。bark()是实例方法，通过对象可以调用该方法。理解这种面向对象的编程思想是构建模块化、可复用代码的关键。

课后练习

1. 创建一个字典，存储学生的姓名和对应的成绩，然后编写代码计算所有学生的平均成绩。
2. 定义一个Animal类，包含属性name和方法make_sound()（打印动物发出的声音）。然后定义一个Dog类，继承自Animal类，并重写make_sound()方法，使其打印狗的叫声（如“Woof!”）。创建一个Dog类的对象，并调用make_sound()方法。

总结

本节内容涵盖了Python中字典的核心操作与面向对象编程的基础概念。字典以其键值对结构提供了高效灵活的数据组织方式，而面向对象编程则通过类与对象的概念，为设计复杂程序提供了结构化的蓝图。熟练掌握字典的增删改查和遍历，以及理解类、对象、构造函数和属性的关系，是Python编程进阶的坚实基础。后续可以进一步探索字典推导式、嵌套字典等高级用法，以及类的继承、多态等更深入的面向对象特性。