Python字典本身是无序的、在Python 3.7+中被实现为有序的、无序的本质是由字典的哈希表实现方式决定的。Python的字典是根据键的哈希值来存储的，这意味着它们的物理存储顺序与键被添加的顺序不一定相同。在Python 3.6以前，字典对象的迭代顺序不能预测，也无法保证在两次运行中得到相同的顺序。然而，在Python 3.7+中，字典被改进为按照插入顺序进行存储深度。这是由于一个叫做"compact dictionary"的优化，它不仅保持了插入顺序，而且还减小了内存占用量。
然而，即使在3.7+版本中，我们也不能将字典视作完全有序的容器来依赖使用，它更准确地说是“有序但不可靠”。当涉及到序列化（如将字典转换为JSON）、通过网络发送或在其他Python实现中使用时（比如PyPy或Jython），插入顺序可能不会被保留。因此，如果需要可靠的顺序，应该使用OrderedDict或其他序列类型，如列表或元组。
一、PYTHON字典的哈希表实现
Python字典使用哈希表(hash tables)实现其键值对存储，确保了快速访问和高效的查找性能。哈希表是一种数据结构，它能够将'键'映射到'值'上。这种映射通过一个哈希函数完成，它将每个键转换为一个索引，这个索引决定了值在表中的位置。由于不同的键可能通过哈希函数得到相同的索引，这种情况称为哈希冲突，Python的字典内部有特殊的处理机制来解决这一问题。
哈希表的一大特性是存储顺序与元素添加顺序之间没有固定的关系。字典在存储时会根据键的哈希值来决定其存放的位置，因此你看到的顺序是根据键的哈希值来的，而不是元素插入的顺序。
二、PYTHON 3.7+字典的有序性
从Python 3.7开始，字典被官方宣布为有序，在这之前的3.6版本中有序性是一个实现细节，并没有得到官方的承诺。但是在3.7版本及以后，这个特性被保证，保留插入顺序成为了字典对象的一部分规范。这使得当你迭代或者列举字典的键值对时，它们将会按照被添加到字典中的顺序来展示。
不过，尽管字典现在是有序的，它们的有序性并不意味着它们是严格排序的。也就是说，字典并没有根据键或值自动排序。字典的顺序仅仅是记录了键和值被插入的顺序，它并不会在元素被添加后自动进行排序。
三、PYTHON字典的正确使用
为了充分利用字典的性能优势，了解和符合它的设计意图非常重要。字典应该被用于快速查找以及频繁更新键值对的场景，并不是为了维护一个有序的集合。不应该依赖字典本身的顺序来进行业务逻辑的处理，因为不同的Python实现或版本可能会有不同的行为。
如果你需要一个有序的集合，应该使用其他数据结构如OrderedDict。自Python 3.1开始，collections模块中的OrderedDict类就提供了记住添加元素顺序的字典类。与普通字典不同，OrderedDict会根据元素添加的顺序来迭代键值对。
如果你需要对键或值进行排序，可以使用sorted函数配合字典的items、keys或values方法。例如，使用sorted(dict.items())可以得到一个按键排序的键值对列表。
四、PYTHON字典的性能优化
Python字典是高度优化的，但是使用不当仍然可能导致性能问题。理解背后的哈希表机制可以帮助我们更好地利用这个强大的工具。避免使用大量字典的冲突键，这将导致哈希表效率的下降。在键频繁变动的情况下，字典的性能也会受到影响。
为了最大化性能，当我们知道字典的大小时，可以预先指定字典的大小，以避免额外的性能开销。这个在典型应用中不常见，但在需要高性能且数据量较大的场景中可能会很有用。
最后，要记住字典在存储上是比较占用内存的。虽然Python 3.6以后的优化已经减少了其内存占用，但在内存敏感的场景下，可能需要考虑其他数据结构或者优化存储方式。
Python字典是一种非常强大的内置数据结构，理解其工作原理和使用场景对于编写高效可靠的Python代码非常关键。尽管从Python 3.7开始字典是有序的，但这一有序性是以插入顺序为基础，而非元素的自然顺序或任何排序规则。开发者应当根据具体需求，选择合适的数据结构来解决问题。
相关问答FAQs：
为什么Python中的字典输出顺序是随机的呢？
Python的字典（dict）是一种无序的数据结构，它以哈希表实现，不会受到元素的插入顺序影响，因此每次输出字典的时候，键值对的顺序可能都会不一样。
如何实现按顺序输出字典的键值对？
如果你希望按照特定的顺序输出字典的键值对，可以使用collections模块中的OrderedDict类。OrderedDict是有序字典，它会根据元素插入的顺序来进行排序。
有没有其他方法来保持字典的顺序呢？
另一种方法是使用Python 3.7及以上版本的新特性，即字典会保持插入顺序。从Python 3.7开始，字典的实现就默认支持保持插入顺序。所以，如果你使用更高版本的Python，你就不需要额外的操作来保持字典的顺序了。
