Python中的可哈希与不可哈希对象详解

在复习可变对象和不可变对象时，学到了这个内容

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1. 前置知识：哈希是什么

哈希（Hashing）是一种将任意大小的数据转换成固定大小的数据的过程。这种转换通过哈希函数实现，它接收输入（或“消息”），并返回一个通常具有固定长度的字符串，这个字符串被称为哈希值或哈希码。哈希的主要用途包括数据的快速查找、数据完整性校验、以及安全应用中的加密技术。

哈希的关键特点是：

• 效率高：哈希函数设计为能够快速处理大量数据。
• 确定性：对于同一输入总是产生相同的输出。
• 随机分布：哈希值应均匀且随机分布，减少冲突。
• 不可逆性：理想的哈希函数使得从哈希值恢复原始输入极其困难。

2. 可哈希和不可哈希对象的定义

2.1可哈希

可哈希对象是指其生命周期内具有不变的哈希值的对象。这些对象可以作为字典的键或者集合的元素。整数、浮点数、字符串和元组都是可哈希的。

整数的哈希值

x = 10
print(hash(x))  # 输出：10的哈希值

用内置的hash()函数来获取一个整数的哈希值。

2.2 不可哈希

不可哈希对象是指内容可以更改的对象，因此哈希值也可能会变。列表和字典是典型的不可哈希对象。

列表的不可哈希性

my_list = [1, 2, 3]
try:print(hash(my_list))
except TypeError as e:print(e)  # 输出错误信息，指出列表是不可哈希的

由于列表是可变的，Python不允许对其进行哈希。所以尝试哈希列表将抛出一个TypeError。

3. 对象的哈希方法

3.1 自定义对象的哈希方法

可哈希对象需要实现__hash__()方法，该方法返回对象的哈希值。如果对象是可变的，则应返回None，表示对象不可哈希。

class Person:def __init__(self, name):self.name = namedef __hash__(self):return hash(self.name)  # 基于名字的哈希值person = Person('Alice')
print(hash(person))  # 输出：Alice的哈希值

定义了一个Person类，重写__hash__()方法使其实例可哈希。哈希函数基于人的名字来计算哈希值，根据对象的某个不变属性来提供一个一致的哈希值。

3.2 可哈希性与等价性

如果两个对象的哈希值相同，它们首先被视为可能相等，然后通过__eq__()方法进行进一步的比较来确定是否真的相等。

实现等价性

class Product:def __init__(self, id, name):self.id = idself.name = namedef __hash__(self):return hash(self.id)def __eq__(self, other):return self.id == other.idproduct1 = Product(1, 'Apple')
product2 = Product(1, 'Apple')
print(hash(product1) == hash(product2))  # 输出：True
print(product1 == product2)  # 输出：True

Product类通过id属性来定义其哈希方法和等价性检测。只要两个产品的id相同，就被认为是相等的，这说明了在自定义类中如何同时实现__hash__()和__eq__()方法来保证对象可以被正确地用于字典键或集合元素。

3.3 哈希值的用途

哈希值用于快速比较对象是否相同，是字典和集合高效性的关键。

字典中使用哈希值

my_dict = {person: 'Engineer'}
print(my_dict[person])  # 输出：'Engineer'

只有可哈希对象才可以作为字典的键

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