Что такое хеш функции python

Функция hash() в Python, хэш-значение объекта

Функция hash() возвращает хеш-значение объекта, если оно есть. Хэш-значения являются целыми числами. Они используются для быстрого сравнения ключей словаря во время поиска в словаре.

Равные числовые значения имеют одинаковое значение хеш-функции, даже если они имеют разные типы, как в случае с 1 и 1.0 .

Пользовательские типы могут переопределять метод __hash__() , результат которого будет использован при вызове функции hash() . Однако, следует помнить, что функция hash() обрезает значение в соответствии с битностью хоста.

Примечание:
Большинство неизменяемых встроенных объектов Python являются хешируемыми и имеют хеш-значение. Изменяемые контейнеры, такие как списки или словари, не имеют хеш-значений

Примеры получения хэш-значений объектов.

>>> hash(1) 1 >>> hash(1.0) 1 >>> hash('1') -3723884734378080930 >>> hash('строка') -295037195106125010 >>> hash((1,2,3)) 2528502973977326415

ОБЗОРНАЯ СТРАНИЦА РАЗДЕЛА
Функция abs(), абсолютное значение числа
Функция all(), все элементы True
Функция any(), хотя бы один элемент True
Функция ascii(), преобразует строку в ASCII
Функция bin(), число в двоичную строку
Класс bool(), логическое значение объекта
Функция breakpoint(), отладчик кода
Класс bytearray(), преобразует в массив байтов
Класс bytes(), преобразует в строку байтов
Функция callable(), проверяет можно ли вызвать объект
Функция chr(), число в символ Юникода
Класс classmethod, делает функцию методом класса
Функция compile() компилирует блок кода Python
Класс complex(), преобразует в комплексное число
Функция delattr(), удаляет атрибут объекта
Класс dict() создает словарь
Функция dir(), все атрибуты объекта
Функция divmod(), делит числа с остатком
Функция enumerate(), счетчик элементов последовательности
Функция eval(), выполняет строку-выражение с кодом
Функция exec(), выполняет блок кода
Функция filter(), фильтрует список по условию
Класс float(), преобразует в вещественное число
Функция format(), форматирует значение переменной
Класс frozenset(), преобразует в неизменяемое множество
Функция getattr(), значение атрибута по имени
Функция globals(), переменные глобальной области
Функция hasattr(), наличие атрибута объекта
Функция hash(), хэш-значение объекта
Функция help(), справка по любому объекту
Функция hex(), число в шестнадцатеричную строку
Функция id(), идентификатор объекта
Функция input(), ввод данных с клавиатуры
Класс int(), преобразует в тип int
Функция isinstance(), принадлежность экземпляра к классу
Функция issubclass(), проверяет наследование класса
Функция iter(), создает итератор
Функция len(), количество элементов объекта
Класс list(), преобразовывает в список
Функция locals(), переменные локальной области
Функция map(), обработка последовательности без цикла
Функция max(), максимальное значение элемента
Класс memoryview(), ссылка на буфер обмена
Функция min(), минимальное значение элемента
Функция next(), следующий элемент итератора
Класс object(), возвращает безликий объект
Функция oct(), число в восьмеричную строку
Функция open(), открывает файл на чтение/запись
Функция ord(), число символа Unicode
Функция pow(), возводит число в степень
Функция print(), печатает объект
Класс property(), метод класса как свойство
Класс range(), генерирует арифметические последовательности
Функция repr(), описание объекта
Функция reversed(), разворачивает последовательность
Функция round(), округляет число
Класс set(), создает или преобразовывает в множество
Функция setattr(), создает атрибут объекта
Класс slice(), шаблон среза
Функция sorted(), выполняет сортировку
Декоратор staticmethod(), метод класса в статический метод
Класс str(), преобразует объект в строку
Функция sum(), сумма последовательности
Функция super(), доступ к унаследованным методам
Класс tuple(), создает или преобразует в кортеж
Класс type(), возвращает тип объекта
Функция vars(), словарь переменных объекта
Функция zip(), объединить элементы в список кортежей
Функция __import__(), находит и импортирует модуль
Функция aiter(), создает асинхронный итератор
Функция anext(), следующий элемент асинхронного итератора

AlexKorablev.ru

Александр Кораблев о разработке ПО, ИТ-индустрии и Python.

Хэш-функция для функции в Python

Опубликовано 12 September 2017 в Python

Пару недель назад один из моих коллег задал вопрос: можно ли использовать функцию в качестве ключей словаря? Да, можно. У каждой функции в Питоне есть хеш. Но как он считается? На основе имени функции? На основе байт-кода? В действительности, хэш считается трансформацией над указателем на объект функции. Тем не менее, не так-то легко отыскать эти расчеты в коде CPython.

Навигация по C-коду довольно интересный опыт, хотя делать это совсем не просто: все эти макросы делают простой поиск нужных переходов довольно сложным. Конечно, я уверен, что вы сможете с этим справиться и найти все вызываемые функции при запросе хеша для объекта функции.

Но давайте поступим немного по-другому. Мы пройдем всего пару вызовов, что бы понять как CPython работает, а затем поговорим об устройстве CPython, что бы не нужно было искать потерянные вызовы в куче макросов.

Я буду использовать master-ветку официального репозитория CPython. Вы можете его клонировать или исследовать в браузере. Объект функции описан в файле funcobject.c. Наиболее интересная нам часть вот эта:

PyTypeObject PyFunction_Type =  PyVarObject_HEAD_INIT(&PyType_Type, 0) "function", sizeof(PyFunctionObject), 0, (destructor)func_dealloc, /* tp_dealloc */ 0, /* tp_print */ 0, /* tp_getattr */ 0, /* tp_setattr */ 0, /* tp_reserved */ (reprfunc)func_repr, /* tp_repr */ 0, /* tp_as_number */ 0, /* tp_as_sequence */ 0, /* tp_as_mapping */ 0, /* tp_hash */ function_call, /* tp_call */ 0, /* tp_str */ 0, /* tp_getattro */ 0, /* tp_setattro */ 0, /* tp_as_buffer */ Py_TPFLAGS_DEFAULT | Py_TPFLAGS_HAVE_GC, /* tp_flags */ func_new__doc__, /* tp_doc */ (traverseproc)func_traverse, /* tp_traverse */ 0, /* tp_clear */ 0, /* tp_richcompare */ offsetof(PyFunctionObject, func_weakreflist), /* tp_weaklistoffset */ 0, /* tp_iter */ 0, /* tp_iternext */ 0, /* tp_methods */ func_memberlist, /* tp_members */ func_getsetlist, /* tp_getset */ 0, /* tp_base */ 0, /* tp_dict */ func_descr_get, /* tp_descr_get */ 0, /* tp_descr_set */ offsetof(PyFunctionObject, func_dict), /* tp_dictoffset */ 0, /* tp_init */ 0, /* tp_alloc */ func_new, /* tp_new */ >;

Это декларация типа функции. Каждая строка помеченная комментарием tp_something — указатель на C функцию, которая делает что-либо специфичное для заданного типа. При этом, если указан 0, то это значит, что будет вызываться унаследованная функция. В нашем случае для tp_hash указан именно 0.

Найти эту функцию, которая будет вызываться по умолчанию, не просто. В файле есть всего одно место где используется структура PyFunction_Type : она фигурирует в качестве параметра вызова макроса PyObject_GC_New внутри PyFunction_NewWithQualName .

Хотя, как я уже говорил, походить по сишному коду может быть интересным занятием, мы воспользуемся коротким путем. Если просмотреть документ «CPython’s PyTypeObject», то становится более или менее понятно как организован и как работает PyTypeObject. В этом же документе можно узнать, что функцию по умолчанию для tp_hash нужно искать в PyBaseObject_Type.tp_hash и что значение по умолчанию равно _Py_HashPointer .

Теперь мы легко найдем нужную нам функцию:

Py_hash_t _Py_HashPointer(void *p)  Py_hash_t x; size_t y = (size_t)p; /* bottom 3 or 4 bits are likely to be 0; rotate y by 4 to avoid excessive hash collisions for dicts and sets */ y = (y >> 4) | (y  <(8 * SIZEOF_VOID_P - 4)); x = (Py_hash_t)y; if (x == -1) x = -2; return x; >

Как видно, никакого полного имени функции не используется. Хэш функции — это всего лишь значение зависящее от значения указателя на объект функции.

Это было довольно интересное погружение в CPython. Конечно, я использовал «короткий путь». Тем не менее даже он требует некоторых знаний того, как устроен интерпретатор изнутри. Пожалуй лучший способ разобраться с этим посмотреть видео CPython Internals.

—
Возник вопрос? Мне всегда можно написать в Twitter: avkorablev

Понравилась статья? Поделись с друзьями!

Функция hash() в Python

hash() в Python – одна из встроенных функций. Сегодня мы рассмотрим использование функции hash() и то, как мы можем переопределить ее для нашего настраиваемого объекта.

Что такое hash() в Python?

hash() в Python – это целое число фиксированного размера, которое идентифицирует конкретное значение.

Отметим, что может означать:

Одинаковые данные будут иметь одинаковое хеш-значение.
Даже небольшое изменение исходных данных может привести к совершенно иному хеш-значению.
Хеш получается из хеш-функции, в обязанности которой входит преобразование данной информации в закодированный хеш.
Очевидно, что количество объектов может быть намного больше, чем количество хеш-значений, и поэтому два объекта могут хешировать одно и то же. Это называется конфликтом хэша. Это означает, что если два объекта имеют одинаковый хэш-код, они не обязательно имеют одно и то же значение.

Что такое хеш-функция?

Мы можем более подробно рассказать о хешировании, но здесь стоит упомянуть важный момент, касающийся создания функции хорошего хеширования:

Помимо приведенного выше определения, хеш-значение объекта должно быть простым для вычисления с точки зрения пространства и сложности памяти.
Хеш-коды чаще всего используются при сравнении ключей словаря. Хэш-код ключей словаря сравнивается при поиске определенного ключа. Сравнение хеш-значений происходит намного быстрее, чем сравнение полных значений ключей, потому что набор целых чисел, которым хеш-функция сопоставляет каждый ключ словаря, намного меньше, чем сам набор объектов.

Также обратите внимание, что если два числовых значения могут сравниваться как равные, они также будут иметь одинаковый хэш, даже если они принадлежат к разным типам данных, например 1 и 1.0.

String hash

Давайте начнем создавать простые примеры и скрипты, в которых функция hash() может быть очень полезной. В этом примере мы просто получим хеш-значение String.

name = "Shubham" hash1 = hash(name) hash2 = hash(name) print("Hash 1: %s" % hash1) print("Hash 2: %s" % hash2)

При запуске этого скрипта мы получим следующий результат:

Функция hash string

Если вы снова запустите тот же скрипт, хеш изменится, как показано ниже:

Пример hash() в python

Таким образом, срок жизни хэша зависит только от области действия программы, и он может измениться, как только программа завершится.

Хеш с небольшим изменением данных

Здесь мы увидим, как небольшое изменение данных может изменить хеш-значение. Он изменится полностью или немного? Лучше всего узнать через скрипт:

name1 = "Shubham" name2 = "Shubham!" hash1 = hash(name1) hash2 = hash(name2) print("Hash 1: %s" % hash1) print("Hash 2: %s" % hash2)

Теперь запустим этот скрипт:

Хэш-значение в python

Посмотрите, как полностью изменился хеш, когда в исходных данных изменился только один символ. Это делает значение хеш-функции совершенно непредсказуемым.

Как определить функцию hash() для пользовательских объектов?

Внутренне функция hash() работает, переопределяя функцию __hash __(). Стоит отметить, что не каждый объект может быть хеширован (изменяемые коллекции не хешируются). Мы также можем определить эту функцию для нашего пользовательского класса. Собственно, этим и займемся сейчас. Перед этим отметим несколько важных моментов:

Реализация Hashable не должна выполняться для изменяемых коллекций, поскольку ключи должны быть неизменными для хеширования.
Нам не нужно определять пользовательскую реализацию функции __eq __(), поскольку она определена для всех объектов.

Теперь давайте определим объект и переопределим функцию __hash __():

class Student: def __init__(self, age, name): self.age = age self.name = name def __eq__(self, other): return self.age == other.age and self.name == other.name def __hash__(self): return hash((self.age, self.name)) student = Student(23, 'Shubham') print("The hash is: %d" % hash(student))

Теперь запустим этот скрипт:

Объект hash

Эта программа фактически описывала, как мы можем переопределить функции __eq __() и __hash __(). Таким образом, мы можем определить нашу собственную логику для сравнения любых объектов.

Почему изменяемые объекты нельзя хэшировать?

Как мы уже знаем, хешировать можно только неизменяемые объекты. Это ограничение, запрещающее хеширование изменяемого объекта, значительно упрощает хеш-таблицу. Давайте разберемся как.

Если разрешено хеширование изменяемого объекта, нам нужно обновлять хеш-таблицу каждый раз, когда обновляется значение объектов. Это означает, что нам придется переместить объект в совершенно другое место.

В Python у нас есть два объекта, которые используют хеш-таблицы, словари и наборы:

Словарь представляет собой хеш-таблицу и называется ассоциативным массивом. В словаре хешируются только ключи, а не значения. Вот почему ключ словаря также должен быть неизменяемым объектом, в то время как значения могут быть любыми, даже изменяемым списком.
Набор содержит уникальные объекты, которые можно хешировать. Если у нас есть нехешируемые элементы, мы не можем использовать set и должны вместо этого использовать list.

Python – хэш-таблица

Хеш-таблицы – это тип структуры данных, в которой адрес или значение индекса элемента данных генерируются из хеш-функции. Это ускоряет доступ к данным, поскольку значение индекса ведет себя как ключ к значению данных. Другими словами, в хэш-таблице хранятся пары ключ-значение, но ключ генерируется с помощью функции хеширования.

Таким образом, функция поиска и вставки элемента данных становится намного быстрее, поскольку сами значения ключей становятся индексом массива, в котором хранятся данные.

В Python типы данных Dictionary представляют реализацию хеш-таблиц. Ключи в словаре удовлетворяют следующим требованиям.

Ключи словаря являются хэшируемыми, то есть генерируются хеш-функцией, которая генерирует уникальный результат для каждого уникального значения, переданного хеш-функции.
Порядок элементов данных в словаре не является фиксированным.

Таким образом, мы видим реализацию хеш-таблицы с использованием словарных типов данных, как показано ниже.

Доступ к значениям в словаре

Чтобы получить доступ к элементам словаря, вы можете использовать знакомые квадратные скобки вместе с ключом, чтобы получить его значение.

# Declare a dictionary dict = 'Name': 'Zara', 'Age': 7, 'Class': 'First'> # Accessing the dictionary with its key print "dict['Name']: ", dict['Name'] print "dict['Age']: ", dict['Age']

Когда приведенный выше код выполняется, он дает следующий результат –

dict['Name']: Zara dict['Age']: 7

Обновление словаря

Вы можете обновить словарь, добавив новую запись или пару ключ-значение, изменив существующую запись или удалив существующую запись, как показано ниже в простом примере –

# Declare a dictionary dict = 'Name': 'Zara', 'Age': 7, 'Class': 'First'> dict['Age'] = 8; # update existing entry dict['School'] = "DPS School"; # Add new entry print "dict['Age']: ", dict['Age'] print "dict['School']: ", dict['School']