Python 容器类实现与魔术方法：自定义 list/dict、拷贝与正则实战

Python 的「魔术方法」（dunder methods）是连接自定义类与内置语法糖的桥梁——写好 __getitem__、__setitem__，你的类就能像 list、dict 一样被索引和赋值。这篇笔记从手写 MyList/MyDict 出发，串起拷贝原理、字符串格式化与正则替换，帮助你”知其然，更知其所以然”。

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二、容器类(list、dict)的实现与魔术方法

1. list 和 dict 的原理简介

• list 本质是动态数组，支持快速索引、自动扩容。
• dict 本质是哈希表，插入、查找速度快，键必须可哈希。

2. 自定义 list/dict 基础实现

2.1 自定义 MyList

class MyList:
    def __init__(self, iterable=None):
        self.data = list(iterable) if iterable else []

    def append(self, value):
        self.data.append(value)

    def __getitem__(self, idx):
        return self.data[idx]

    def __setitem__(self, idx, value):
        self.data[idx] = value

    def __len__(self):
        return len(self.data)

    def __iter__(self):
        return iter(self.data)

2.2 自定义 MyDict

class MyDict:
    def __init__(self):
        self._keys = []
        self._values = []

    def __setitem__(self, key, value):
        if key in self._keys:
            idx = self._keys.index(key)
            self._values[idx] = value
        else:
            self._keys.append(key)
            self._values.append(value)

    def __getitem__(self, key):
        if key in self._keys:
            idx = self._keys.index(key)
            return self._values[idx]
        raise KeyError(key)

    def __delitem__(self, key):
        if key in self._keys:
            idx = self._keys.index(key)
            self._keys.pop(idx)
            self._values.pop(idx)
        else:
            raise KeyError(key)

    def __contains__(self, key):
        return key in self._keys

    def keys(self):
        return self._keys.copy()

    def values(self):
        return self._values.copy()

    def items(self):
        return list(zip(self._keys, self._values))

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三、dict 常用属性与拷贝原理

实现几个魔术方法，只是让自定义类参与部分协议，不代表已经复制了内置容器的全部行为。比较 MyList 与 list 时，最好逐项检查负索引、切片、越界、迭代与异常类型，避免“示例可用”被误读成“兼容替代”。

1. dict 常用魔术方法与方法

• __getitem__：索引取值 d[key]
• __setitem__：设置 d[key] = value
• __delitem__：删除 del d[key]
• __contains__：判断 key in d
• 其它如 keys(), values(), items() 等

2. dict 的 copy() 方法

• copy() 返回浅拷贝，新对象但内部可变元素仍共享。

d1 = {'a': [1,2]}
d2 = d1.copy()
d2['a'].append(3)
print(d1)  # {'a': [1,2,3]}  # 因为是浅拷贝，列表是共享的

• 深拷贝：用 copy.deepcopy()，彻底独立。

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四、字符串格式化方法

1. str.format(*args, **kwargs)

• 位置参数、关键字参数灵活填充：

s = "Hello {}, your score is {score}".format("Alice", score=95)
print(s)  # Hello Alice, your score is 95

2. str.format_map(mapping)

• 直接用字典映射填充，占位符全部从字典找：

d = {'name': 'Bob', 'score': 100}
s = "Hi {name}, score={score}".format_map(d)
print(s)  # Hi Bob, score=100

3. 两者实现原理简析

• format 是支持多参数/多方式填充的万能方法
• format_map 只接受一个“映射类型”（如 dict）参数

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五、正则表达式与 re.sub 实践

1. import re —— 正则表达式库

• 用于字符串模式匹配、替换、分割、查找等操作。

2. re.sub(pattern, repl, string)

• 将 string 中所有匹配 pattern 的内容用 repl 替换，返回新字符串。

import re
text = "Phone: 123-4567, 234-5678"
result = re.sub(r'\d{3}-\d{4}', 'XXX-XXXX', text)
print(result)  # Phone: XXX-XXXX, XXX-XXXX

• 支持传入函数作为 repl，根据匹配内容动态生成替换内容。

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六、总结与学习建议

• 熟悉 Python 的参数传递、作用域和闭包原理，对理解函数式与面向对象编程都有很大帮助。
• 灵活使用魔术方法，可以让自定义类拥有类似原生类型的操作体验。
• 掌握字符串格式化和正则表达式，有助于写出高效、优雅的数据处理和文本操作代码。
• 推荐多做实验，多用 print、dir、type、help 探索对象和方法行为，加深理解。

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