Python中的不可变集合

Python内置了一个不可变(immutable)集合对象：frozenset，顾名思义，这种集合对象，一旦创建了就不能修改。

概念

下面的代码演示了可变和不可变集合使用上的差别：

l = [1, 2, 3, 4]
new_set = set(l)
new_set.remove(1)
print (new_set)

fset = frozenset(l)
fset.remove(1)

如果运行这段代码，它的输出会是：

{2, 3, 4}

Traceback (most recent call last):
  File "main.py", line 9, in <module>
    fset.remove(1)
AttributeError: 'frozenset' object has no attribute 'remove'

可以看到frozenset实例根本没有remove方法，当然它也没有append方法，不能用index给元素赋值。

作用

除了不可修改以外，frozenset所有的用法都和普通set一样。

这样一个不可变的集合，有什么用呢？对性能应该没有什么帮助，曾经有文章指出它比普通的set还稍慢一点，主要价值还是体现在可读性和安全性上：

• 显式地声明了该集合是不可更改的，给使用者明确提示，一旦误用了，运行时也会友好报错；
• 如果想把这个集合，放到另一个set里面，或者作为dict的key，那它就必须是不可更改的

这第二点，主要是因为dict的key要求是唯一的（或者set内的元素也是唯一的），要是传一个对象，python会尝试调用它的hash方法生个哈希串，作为判断是否唯一的依据，而如果这个对象居然是可变的，它的内容就会影响哈希串的值。所以在python里，可变对象根本就没有内置hash方法，避免它被当做key。

比如下面这段代码：

fset = frozenset({4, 5})
s = {1, 2, fset}
print (s)

s = {1, 2, {4, 5}}

首先定义了一个frozenset，把它插入一个普通set；最后一句试图在普通set里面，初始化另外一个普通set。输出结果如下：

{frozenset({4, 5}), 1, 2}

Traceback (most recent call last):
  File "main.py", line 27, in <module>
    s = {1, 2, {4, 5}}
TypeError: unhashable type: 'set'

可见普通set是不能作为另外一个set的元素的，但frozenset就可以。‘

为什么Java没有这个限制

Java程序员可能会觉得奇怪，在hashset里放一个可变对象，不是很正常么？凭什么不行啊，我们Java经常这样写：

HashSet<ArrayList<String>> masterCollection = new HashSet<ArrayList<String>>();
ArrayList<String> a = new ArrayList<String>();
masterCollection.add(a);
a.add("Hello, World");
for(ArrayList<String> list : masterCollection) {
    // do something to list
}

完全不会报错么。

So，难道Java的实现机制和Python不一样？

答案是并没有，Java只是“容忍”了可能发生的错误——这个帖子解释得很清楚。简单来说：

Java和Python都是用一个对象的hash值作为key的，相比Python更重视数据一致性，Java更看中灵活性，所以如果我们真的在HashSet里放了一个可变对象，并且事后改变了它的值，那么就会发现，HashSet集合，已经检测不到它的存在了！