Python对象的哈希何时计算，为什么-1的哈希不同？

Question

接着之前的问题，我想知道一个Python对象的哈希值到底是什么时候被计算的？

1. 在实例的 __init__ 方法执行的时候，
2. 第一次调用 __hash__() 方法的时候，
3. 每次调用 __hash__() 方法的时候，还是
4. 还有其他我可能遗漏的情况？

这个计算的时机会根据对象的类型而有所不同吗？

为什么 hash(-1) == -2，而其他整数的哈希值却和它们自己相等呢？

Answer 1

我们可以很容易地看出，选项 #3 适用于用户自定义的对象。这意味着如果你改变了这个对象，哈希值也会变化。但是，如果你把这个对象当作字典的键使用，就必须确保哈希值不会改变。

>>> class C:
    def __hash__(self):
        print("__hash__ called")
        return id(self)


>>> inst = C()
>>> hash(inst)
__hash__ called
43795408
>>> hash(inst)
__hash__ called
43795408
>>> d = { inst: 42 }
__hash__ called
>>> d[inst]
__hash__ called

字符串使用的是选项 #2：它们只计算一次哈希值，并把结果存起来。这样做是安全的，因为字符串是不可变的，所以哈希值永远不会改变。不过，如果你创建了一个 str 的子类，结果可能就不再是不可变的，这样 __hash__ 方法就会每次都被调用。元组通常被认为是不可变的，所以你可能会觉得哈希值可以存起来，但实际上，元组的哈希值取决于它内容的哈希值，而这些内容可能是可变的。

对于 @max 来说，如果你不相信 str 的子类可以修改哈希值：

>>> class C(str):
    def __init__(self, s):
        self._n = 1
    def __hash__(self):
        return str.__hash__(self) + self._n


>>> x = C('hello')
>>> hash(x)
-717693723
>>> x._n = 2
>>> hash(x)
-717693722

Answer 2

来自 这里：

哈希值 -1 是保留的（它用于在 C 语言实现中标记错误）。如果哈希算法生成这个值，我们就直接用 -2 来代替。

因为整数的哈希值本身就是整数，所以它会直接被更改。

Answer 3

哈希值通常在每次使用时都会计算，你可以很容易地自己检查一下（见下文）。当然，某些特定的对象可以选择缓存它的哈希值。例如，CPython中的字符串会这样做，但元组就不会（具体原因可以参考这个被拒绝的bug报告）。

在CPython中，哈希值-1 表示出错。这是因为C语言没有异常处理机制，所以它需要通过返回值来表示错误。当一个Python对象的__hash__方法返回-1时，CPython实际上会默默地把它改成-2。

你可以自己看看：

class HashTest(object):
    def __hash__(self):
        print('Yes! __hash__ was called!')
        return -1

hash_test = HashTest()

# All of these will print out 'Yes! __hash__ was called!':

print('__hash__ call #1')
hash_test.__hash__()

print('__hash__ call #2')
hash_test.__hash__()

print('hash call #1')
hash(hash_test)

print('hash call #2')
hash(hash_test)

print('Dict creation')
dct = {hash_test: 0}

print('Dict get')
dct[hash_test]

print('Dict set')
dct[hash_test] = 0

print('__hash__ return value:')
print(hash_test.__hash__())  # prints -1
print('Actual hash value:')
print(hash(hash_test))  # prints -2