# 第 1-10 课：字典

## 一、本课目标

完成本课后，你应该能够：

1. 解释键值对是什么；
2. 创建字典和空字典；
3. 使用键读取字典中的值；
4. 使用 `get()` 安全读取数据；
5. 添加和修改键值对；
6. 使用 `pop()`、`del` 和 `clear()` 删除数据；
7. 使用 `keys()`、`values()` 和 `items()`；
8. 遍历字典的键、值和键值对；
9. 使用嵌套字典表达分组配置；
10. 使用列表保存多个字典记录；
11. 理解字典键的基本限制；
12. 判断列表、元组和字典的适用场景。

## 二、前置知识

开始本课前，你应该已经掌握：

- 字符串、数字和布尔值；
- 列表与元组；
- `if` 条件判断；
- `for` 循环；
- `in` 成员判断；
- f-string 格式化输出。

## 三、为什么需要字典

上一课可以使用元组保存 Agent 配置：

```python
agent_config = ("gpt-5", 0.7, 2000, True)
```

读取配置时依赖固定位置：

```python
model_name = agent_config[0]
temperature = agent_config[1]
```

代码阅读者必须记住每个位置的含义。

字典（Dictionary，类型名为 `dict`）使用名称描述每一项数据：

```python
agent_config = {
    "model": "gpt-5",
    "temperature": 0.7,
    "max_tokens": 2000,
    "enabled": True,
}
```

读取时直接使用字段名称：

```python
print(agent_config["model"])
print(agent_config["temperature"])
```

这种代码更容易理解，也适合表达配置、用户、产品和接口数据。

## 四、键值对

字典中的每一项由键和值组成，称为键值对（Key-Value Pair）：

```python
"model": "gpt-5"
```

- 键（Key）：`"model"`，用于定位数据；
- 值（Value）：`"gpt-5"`，是真正保存的数据。

键和值之间使用英文冒号 `:`，多个键值对之间使用英文逗号分隔。

## 五、创建字典

### 5.1 创建包含数据的字典

```python
agent_config = {
    "model": "gpt-5",
    "temperature": 0.7,
    "max_tokens": 2000,
    "enabled": True,
}
```

多行字典的最后一个键值对后保留逗号，是常见的代码风格，便于以后增加字段和查看 Git 差异。

### 5.2 创建空字典

```python
empty_config = {}
```

也可以写成：

```python
empty_config = dict()
```

初学阶段优先使用 `{}`。

### 5.3 查看类型与长度

```python
print(type(agent_config))
print(len(agent_config))
```

`len()` 返回键值对数量。

## 六、使用方括号读取值

```python
model_name = agent_config["model"]
```

方括号中写的是键，不是数字位置。

如果键不存在：

```text
agent_config["timeout"]
```

会产生 `KeyError`，中文可以理解为“指定键不存在”。

适用场景：确定该键必须存在，缺少时应当暴露错误。

## 七、使用 `get()` 安全读取

```python
timeout = agent_config.get("timeout")
```

键不存在时，默认返回 `None`，不会产生 `KeyError`。

`None` 表示“没有值”或“空值”，它是 Python 中一个特殊对象，不是字符串 `"None"`。

可以设置默认值：

```python
timeout = agent_config.get("timeout", 30)
```

如果 `timeout` 不存在，返回整数 `30`。

需要注意：`get()` 返回默认值不会自动把这个键写入字典。

## 八、判断键是否存在

`in` 用于判断字典中是否存在指定键：

```python
if "model" in agent_config:
    print(agent_config["model"])
```

判断不存在：

```python
if "timeout" not in agent_config:
    print("尚未配置超时时间")
```

默认情况下，`in` 检查的是键，不是值：

```python
print("model" in agent_config)  # True
print("gpt-5" in agent_config)  # False
```

## 九、添加和修改键值对

字典是可变对象，可以添加和修改数据。

### 9.1 添加新键

```python
agent_config["timeout"] = 30
```

如果键原来不存在，就会新增。

### 9.2 修改已有键

```python
agent_config["temperature"] = 0.3
```

如果键已经存在，就会覆盖旧值。

相同语法会根据键是否存在决定“新增”还是“修改”。

## 十、使用 `update()` 更新多个字段

```python
agent_config.update({
    "temperature": 0.2,
    "timeout": 60,
})
```

`update()` 会：

- 修改已存在的键；
- 添加不存在的键。

它直接修改原字典，通常不返回更新后的字典。

## 十一、删除键值对

### 11.1 `pop()` 删除并返回值

```python
removed_timeout = agent_config.pop("timeout")
```

键不存在时会产生 `KeyError`。可以提供默认值：

```python
removed_timeout = agent_config.pop("timeout", None)
```

这样键不存在时返回 `None`。

### 11.2 `del` 删除指定键

```python
if "timeout" in agent_config:
    del agent_config["timeout"]
```

`del` 不返回被删除的值。

### 11.3 `clear()` 清空字典

```python
agent_config.clear()
```

字典变量仍然存在，但键值对数量变为 `0`。

## 十二、获取键、值和键值对

### 12.1 `keys()`

```python
config_keys = agent_config.keys()
```

得到所有键。

### 12.2 `values()`

```python
config_values = agent_config.values()
```

得到所有值。

### 12.3 `items()`

```python
config_items = agent_config.items()
```

得到所有键值对。遍历字典时最常用。

这些方法返回的是字典视图（Dictionary View），不是普通列表。现阶段可以直接遍历；确实需要列表时，可以使用 `list()` 转换。

## 十三、遍历字典

### 13.1 遍历键

```python
for key in agent_config:
    print(key)
```

也可以明确写成：

```python
for key in agent_config.keys():
    print(key)
```

### 13.2 遍历值

```python
for value in agent_config.values():
    print(value)
```

### 13.3 同时遍历键和值

```python
for key, value in agent_config.items():
    print(f"{key}：{value}")
```

`items()` 每次提供一个包含键和值的二元素元组，再通过元组解包分别交给 `key` 和 `value`。

## 十四、字典是否有顺序

现代 Python 字典会保留键值对的插入顺序。

```python
config = {
    "model": "gpt-5",
    "temperature": 0.7,
    "enabled": True,
}
```

遍历时通常按照写入顺序得到这些键。

但是字典的核心用途仍然是“通过键查找值”，不应依赖数字索引访问。字典不支持：

```text
config[0]
```

除非数字 `0` 本身就是一个真实的键。

## 十五、字典键必须唯一

一个字典中不能同时存在两个相同的键：

```python
config = {
    "model": "gpt-5",
    "model": "o3",
}
```

后面的值会覆盖前面的值，最终 `model` 是 `"o3"`。

因此，字典不能依靠重复键保存多条同名记录。

## 十六、什么数据可以作为键

字典键必须是可哈希（Hashable）的对象。初学阶段可以记住：常见不可变类型通常可以作为键。

常见可用键：

- 字符串；
- 整数；
- 浮点数；
- 布尔值；
- 只包含不可变元素的元组。

列表不能作为键：

```text
invalid_dict = {["Python", "FastAPI"]: "工具"}
```

会产生 `TypeError`，因为列表可变。

实际业务中最常用字符串键，含义清晰，也方便与 JSON 和接口数据对应。

## 十七、嵌套字典

字典的值可以是另一个字典：

```python
agent_config = {
    "model": {
        "name": "gpt-5",
        "temperature": 0.7,
    },
    "runtime": {
        "timeout": 30,
        "enabled": True,
    },
}
```

读取嵌套值：

```python
model_name = agent_config["model"]["name"]
timeout = agent_config["runtime"]["timeout"]
```

第一组方括号取得内部字典，第二组方括号从内部字典读取数据。

嵌套层级过深会降低可读性。真实项目应根据业务结构合理分组。

## 十八、列表中保存字典

如果要保存多个 Agent，可以使用列表存放多个字典：

```python
agents = [
    {"name": "代码助手", "model": "gpt-5", "enabled": True},
    {"name": "搜索助手", "model": "o3", "enabled": False},
]
```

遍历：

```python
for agent in agents:
    print(f"{agent['name']}：{agent['model']}")
```

可以理解为：

- 列表负责保存多条记录；
- 每个字典负责描述一条记录的字段。

这种结构在接口返回的 JSON 数据中非常常见。

## 十九、字典中保存列表

字典的值也可以是列表：

```python
agent = {
    "name": "代码助手",
    "tools": ["搜索", "计算", "写作"],
}
```

添加一个工具：

```python
agent["tools"].append("代码执行")
```

这里先读取 `tools` 对应的列表，再调用列表的 `append()`。

## 二十、字典复制

直接赋值不会创建独立字典：

```python
original_config = {"model": "gpt-5"}
alias_config = original_config
alias_config["model"] = "o3"
```

两个变量会看到同一个修改结果。

简单字典可以使用 `copy()`：

```python
copied_config = original_config.copy()
copied_config["model"] = "o3"
```

这仍然是浅复制。字典内部如果包含列表或字典，内部对象仍可能共享。深复制属于进阶内容。

## 二十一、列表、元组和字典如何选择

### 列表

适合保存多个同类、有顺序、数量可能变化的数据：

```python
tools = ["搜索", "计算", "写作"]
```

### 元组

适合保存固定结构、创建后不希望变化的数据：

```python
position = (116.4, 39.9)
```

### 字典

适合保存带字段名称的数据：

```python
agent = {"name": "代码助手", "model": "gpt-5"}
```

真实程序通常会组合使用三种结构。

## 二十二、运行本课示例

在 PowerShell 中执行：

```powershell
cd D:\Code\Python\01_python基础\1_10_字典
python dictionaries.py
```

示例无需用户输入，会展示字典的创建、读取、增删改查、遍历、嵌套和复制。

## 二十三、常见错误

### 23.1 使用不存在的键

确定键不一定存在时，可以使用 `get()` 或先使用 `in` 判断。

### 23.2 误以为 `in` 检查值

默认情况下，`in` 检查的是键。

### 23.3 字典键重复

相同键只能保留一个值，后面的值会覆盖前面的值。

### 23.4 使用列表作为键

列表可变，不能作为字典键。

### 23.5 遍历时直接修改字典大小

遍历字典期间直接添加或删除键，可能产生运行错误。需要修改结构时，可以先记录目标，循环结束后再修改。

### 23.6 直接赋值误认为复制

`backup = original` 不会创建独立字典。

## 二十四、课堂练习

打开 `practice.py`，完成“Agent 配置管理器”。

运行命令：

```powershell
python practice.py
```

练习会要求你创建配置、读取默认值、修改字段、删除字段、遍历数据，并处理嵌套字典和 Agent 列表。

## 二十五、思考题

1. 字典与元组相比，读取配置时有什么优势？
2. 方括号读取与 `get()` 有什么区别？
3. `in` 默认判断字典的键还是值？
4. 为什么字典键必须唯一？
5. 为什么列表不能作为字典键？
6. `items()` 遍历时为什么可以使用两个变量？
7. 列表中保存字典适合表达什么数据？

## 二十六、本课小结

- 字典使用键值对保存数据；
- 键用于定位数据，值是真正保存的内容；
- 方括号适合读取必须存在的键；
- `get()` 可以安全读取并提供默认值；
- 字典是可变对象，可以增删改键值对；
- `keys()`、`values()`、`items()` 提供不同遍历方式；
- 键必须唯一且可哈希；
- 字典可以嵌套，也可以与列表组合；
- 字段明确的数据通常适合使用字典。

## 二十七、验收标准

- [ ] 能创建字典和空字典；
- [ ] 能使用方括号和 `get()` 读取值；
- [ ] 能安全添加、修改和删除键值对；
- [ ] 能判断键是否存在；
- [ ] 能遍历键、值和键值对；
- [ ] 能使用嵌套字典；
- [ ] 能使用列表保存多个字典；
- [ ] 能解释常见字典键限制；
- [ ] 能完成并运行 `practice.py`；
- [ ] 能回答七道思考题。