Python for循环迭代原理(迭代器 Iterator)

在使用Python时,我们经常会使用for循环来访问容器对象(列表、字符、字典等)中的元素。其幕后实际是通过迭代协议来完成的,迭代是一种依次访问对象中元素的方式,for循环在对象上调用iter()函数生成一个迭代器(对象要是可迭代的,即支持迭代协议),然后通过迭代器对元素进行访问。

文章目录

  • 一、for循环的实现
  • 二、自定义迭代行为

一、for循环的实现

考虑下面一个简单for循环

numbers = [1,2,3]
for num in numbers:print(num)

在这里插入图片描述

当for循环作用在numbers变量上时,它实际依次做了下面的动作:

  1. 调用iter(numbers),此函数会返回一个迭代器对象,该对象会包含一个__next()__方法,调用此方法会逐一访问对象中的元素。
  2. 重复调用对象的__next()__方法,逐个返回对象中的元素。
  3. 元素用尽时,迭代器会抛出StopIteration异常,for循环捕获到该异常,退出for循环,执行结束。

因此for循环幕后的执行过程就是:

it = iter(numbers)    # 返回迭代器对象,赋给变量it
it.__next__()    # 调用迭代器对象的__next__()方法,返回1。也可以使用next(it)来调用对象上的__next__()方法
it.__next__()    # 返回2
it.__next__()    # 返回3
it.__next__()    # 元素耗尽,抛出StopIteration异常,for循环退出

在这里插入图片描述

二、自定义迭代行为

知道了迭代的原理,我们就可以通过自定义__next__()方法,改造for循环的迭代行为。

例如下面自定义一个迭代类,从第一个元素开始,每次迭代跳过一个元素。为了满足这个需求只需要自定义__next__()方法,每次给索引步长加2即可,:

class SkipOneElement:def __init__(self, data):self.data = dataself.index = -2def __iter__(self):return selfdef __next__(self):    # 自定义__next__()方法,for循环会自动调用此方法self.index += 2    # self.index = -2加上步长,初始的索引就是0,随后每次增加2,即跳过一个元素if self.index >= len(self.data) or len(self.data) == 0:    # 当索引超过对象长度或对象为空,抛出StopIteration异常raise StopIterationreturn self.data[self.index]    # 返回索引指向的元素

在这里插入图片描述

下面用range(10)来测试效果,常规的循环如下:

for num in range(10):print(num)

在这里插入图片描述

自定义迭代效果如下,可以看到从索引为0的元素开始,后续每次迭代都跳过了一个元素:

for num in SkipOneElement(range(10)):print(num)

在这里插入图片描述

如果想要反向迭代,那么初始索引只需要设置为len(self.data),然后每次减1即可。总之,知道了for循环的运作方式,你就可以根据需求随意调整__next__()方法,达到自定义迭代行为的目的。

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