Python中set.add()为何会改变元素顺序？

我写了一段在Python 3中向集合添加整数的简单程序：

s = set()
for i in range(10):
    s.add(i*47)

我原本预期的结果为：0 47 94 141 188 235 282 329 376 423
但实际得到的结果却是：0 423 329 235 141 47 376 282 188 94
可见输出的元素顺序发生了无规律的变化，既未排序也不符合直观逻辑。我曾查阅资料但未找到答案，想请教使用set.add()时元素的实际添加顺序是什么？为何会出现这样的重排？

其实这事儿得从Python集合（set）的底层实现说起——它压根就没打算保留你插入元素的顺序！

Python的集合是基于哈希表（hash table）来实现的，当你调用set.add()时，流程是这样的：

• 先计算要添加元素的哈希值，对于整数来说，它的哈希值就是自身（比如hash(47)的结果就是47）。
• 接着用这个哈希值算出它在哈希表中对应的存储位置（通常是哈希值对当前哈希表的大小取模）。
• 最后把元素放到该位置，如果该位置已经存在元素（也就是哈希冲突），会通过链式存储等逻辑处理冲突。

你看到的那个“混乱”的输出顺序，其实就是哈希表中各个槽位的遍历顺序，和你插入元素的顺序没有直接关联。比如你添加的这些i*47，它们的哈希值就是自身，计算出的存储位置分散在哈希表的不同槽位，遍历集合时就按槽位顺序输出，所以看起来完全没规律。

再给你补充几个实用细节：

• 要是你需要保留插入顺序的集合结构，Python标准库没有直接提供OrderedSet，但可以用collections.OrderedDict来模拟——把元素作为键存入即可，OrderedDict会严格保留键的插入顺序。在Python 3.7及之后，普通字典也开始保留插入顺序了，所以用dict.fromkeys(你的元素序列)得到的键视图也能实现类似的有序集合效果。
• 集合的核心优势是O(1)时间复杂度的成员检测和自动去重，顺序从来不是它的设计目标，所以千万别依赖集合的输出顺序编写业务逻辑，否则哪天Python调整了哈希表的实现细节，你的代码很可能出问题。
• 不同Python版本甚至不同运行环境下，集合的输出顺序都可能存在差异，这都是正常现象，不用觉得奇怪。

内容的提问来源于stack exchange，提问作者RTC222