第2章 内置数据容器

第 2 章 · 内置数据容器

章节摘要：列表、元组、字典、集合、字符串是 Python 的五大内置容器。本章不按 API 手册讲，而按三条解释器视角的线索重讲一遍：可变性决定了谁能当字典键；哈希性决定了谁能进集合；内存布局决定了各自的操作成本。读完你能凭原理选对容器，而不是靠背。

学习目标

阅读完本章，你应当能够：

1. 说出 list 与 tuple 在可变性、哈希性、内存占用上的全部差异；
2. 画出 dict 的开放寻址哈希表结构，解释"键必须可哈希"的底层原因；
3. 用实证方法比较各容器操作的复杂度，避免 O(n) 惊讶；
4. 解释 str 不可变的动机与驻留、拼接优化等行为；
5. 根据访问模式（随机访问、成员测试、有序遍历）选出正确的容器。

核心概念速览

可变性与哈希性是一枚硬币的两面：不可变才可哈希，可哈希才能做键——这条规则筛掉了你九成的容器误用。

子章节导航

2.1 列表与元组：可变与不可变

两大序列容器的内存布局、过度分配策略、以及 tuple 的"轻量但不平凡"。

2.2 字典与集合：哈希的力量

dict 的哈希表结构与扩容机制，set 作为"只有键的 dict"，以及有序性保证的由来。

2.3 字符串与格式化

str 的不可变设计、f-string 与 format 的用法地图、编码问题的一句话真相。

子章节之间的逻辑关系

三节共用一个分析框架（可变性、哈希性、内存布局），但侧重点递进：

list/tuple（2.1）      最基础的连续序列，可变性对比最鲜明
      │ 哈希性引入
      ▼
dict/set（2.2）        用哈希把查找降到常数，键的规则由此而来
      │ 不可变序列的极致
      ▼
str（2.3）             不可变 + 驻留 + 编码，兼讲格式化输出
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前置知识与后续延伸

• 前置：第 1 章的对象三要素与名字绑定。
• 为后续铺垫：第 3 章的 for 循环建立在容器的迭代协议上；第 7 章生成器是"惰性序列"；第 9 章 Pandas 的 Series 本质是"带标签的序列"。