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可迭代對(duì)象和迭代器

Kaede / 3426人閱讀

摘要：對(duì)于迭代器來說，返回的是它自身，則是返回迭代器中的下一個(gè)值，如果沒有值了則拋出一個(gè)的異常。有一點(diǎn)繞，我們?cè)賮砝硪焕淼骱涂傻@兩個(gè)的差別一個(gè)迭代器一定是可迭代對(duì)象，因?yàn)樗欢ㄓ蟹椒ā６傻鷮?duì)象的方法通常會(huì)生成一個(gè)新的迭代器對(duì)象。

for 循環(huán) 是我們?cè)?Python 里非常常用的一個(gè)語法，但你有沒有思考過 for 循環(huán)是怎樣實(shí)現(xiàn)的？

如果你以前接觸過 C++，應(yīng)該會(huì)知道類似 for (int i = 0; i < 100; i++) 這樣的寫法，它定義了 循環(huán)的執(zhí)行條件 i < 100 以及 每次循環(huán)結(jié)束后執(zhí)行的語句 i++，而 for 本身只起到讓代碼重復(fù)執(zhí)行的作用，并沒有什么額外的功能。這在 Python 中其實(shí)更像是 while 循環(huán)：


 i = 0
while i < 100:
    # 執(zhí)行循環(huán)代碼
    i += 1

但 Python 里的 for 循環(huán)卻不一樣。使用 for 時(shí)，我們沒有額外指定結(jié)束條件，也不需要一個(gè)用來計(jì)數(shù)的數(shù)值，甚至可以通過一個(gè)字符串進(jìn)行循環(huán)。之所以可以這樣，是因?yàn)?Python 中的 迭代器（Iterator） 以及 可迭代對(duì)象（Iterable） 。

如果一個(gè)對(duì)象定義了 __iter__ 和 __next__ 兩個(gè)方法， 它就是一個(gè)迭代器 。對(duì)于迭代器來說，__iter__ 返回的是它自身 self ，__next__ 則是 返回迭代器中的下一個(gè)值 ，如果沒有值了則拋出一個(gè) StopIteration 的異常。關(guān)于這點(diǎn)，你可以想象成一個(gè)只進(jìn)不退的標(biāo)記位，每次調(diào)用 __next__，就會(huì)將標(biāo)記往后移一個(gè)元素并返回，直到結(jié)束。

有了迭代器的概念之后，如果一個(gè)對(duì)象定義了 __iter__ 和方法，返回一個(gè)迭代器對(duì)象，那么 它就是一個(gè)可迭代的對(duì)象 。

從表現(xiàn)上來說，一個(gè)對(duì)象 可迭代 ，那么它就可以被 for 循環(huán)使用。比如我們經(jīng)常用到的 list、dict、str 等類型，都是可迭代的，所以也就可以通過 for 循環(huán)進(jìn)行遍歷，或者更準(zhǔn)確的說：被迭代。

有一點(diǎn)繞，我們?cè)賮砝硪焕淼鳎↖terator）和可迭代（Iterable）這兩個(gè)的差別：

一個(gè) 迭代器一定是可迭代對(duì)象 ，因?yàn)樗欢ㄓ?__iter__ 方法。反過來則不成立。（事實(shí)上，Iterator 就是 Iterable 的子類）

迭代器的 __iter__ 方法 返回的是自身，并不產(chǎn)生新實(shí)例 。而可迭代對(duì)象的 __iter__ 方法通常會(huì)生成一個(gè)新的迭代器對(duì)象。

__iter__、__next__ 分別對(duì)應(yīng)于 Python 的內(nèi)置函數(shù) iter() 和 next()：比如 iter(aList) 就相當(dāng)于 aList.__iter__()。

所以關(guān)于上述兩點(diǎn)，我們可以有以下的例子來驗(yàn)證：

迭代器和可迭代之間的繼承關(guān)系。

__iter__ 方法返回值的區(qū)別。id 相同代表是同一個(gè)實(shí)例。

明白了上述的概念之后，for 循環(huán)的實(shí)現(xiàn)就好理解了：

首先 for 循環(huán)會(huì)調(diào)用可迭代對(duì)象的 __iter__ 方法，獲取相應(yīng)的迭代器

每次循環(huán)，將迭代器的 __next__ 方法的返回值賦值給循環(huán)變量

直到捕獲迭代器拋出的 StopIteration 異常，循環(huán)結(jié)束

再來看個(gè)例子：

思考題： 想一想為什么迭代器 aListIter 被 for 循環(huán)迭代第二次的時(shí)候就沒有輸出了？

既然 __next__ 方法可以自己定義，我們也可以自己實(shí)現(xiàn)一個(gè)迭代器。比如要 輸出一個(gè)斐波那契數(shù)列 （每一位數(shù)值都是前兩位數(shù)值之和，原題回復(fù)關(guān)鍵字 906 ），通常的做法是循環(huán)，“高級(jí)”一點(diǎn)的做法是遞歸。但我們也可以直接寫一個(gè)斐波那契迭代器：


# 定義迭代器
class Fibonacci():
    def __init__(self):
        self.a = 0
        self.b = 1
    def __iter__(self):
        return self
    def __next__(self):
        # 結(jié)束條件
        if self.b > 100:
            raise StopIteration
        # 更新一次數(shù)值
        self.a, self.b = self.b, self.a + self.b
        return self.a
# 創(chuàng)建迭代器
fib = Fibonacci()
# 進(jìn)行迭代
for f in fib:
    print(f, end=" ")

輸出：


1 1 2 3 5 8 13 21 34 55 89

這個(gè)例子中，我們并沒有保存一個(gè)序列，只是定義了一種規(guī)則，就也可以被迭代。

使用迭代器的好處在于：它是一種 延遲操作 ，即當(dāng)需要用到的時(shí)候才去產(chǎn)生結(jié)果。比如對(duì)于一個(gè)序列來說，如果我們要遍歷它，并不需要再一開始就把所有元素都生成好，而是只需要知道每個(gè)元素的下一個(gè)元素是什么就可以了。這樣可以節(jié)省很多空間，尤其對(duì)于數(shù)量很大的集合來說。

如果你不懂迭代器的概念，并不影響在代碼中使用 for 循環(huán)。但了解之后，你會(huì)對(duì)代碼理解得更透徹，同時(shí)這也是為我們后面要講到的 生成器 做鋪墊。

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