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python中for循環(huán)的工作原理

xiaotianyi / 1504人閱讀

摘要：循環(huán)本質(zhì)是不斷地調(diào)用迭代器的方法，直到有異常為止，所以任何可迭代對(duì)象都可以作用在循環(huán)中。

for 循環(huán)用于迭代容器對(duì)象中的元素，這些對(duì)象可以是列表、元組、字典、集合、文件，甚至可以是自定義類或者函數(shù)，例如：

作用于列表

>>> for elem in [1,2,3]:
...     print(elem)
...
1
2
3

作用于元組

>>> for i in ("zhang", "san", 30):
...     print(i)
...
zhang
san
30

作用于字符串

>>> for c in "abc":
...     print(c)
...
a
b
c

作用于集合

>>> for i in {"a","b","c"}:
...     print(i)
...
b
a
c

作用于字典

>>> for k in {"age":10, "name":"wang"}:
...     print(k)
...
age
name

作用于文件

>>> for line in open("requirement.txt"):
...     print(line, end="")
...
Fabric==1.12.0
Markdown==2.6.7

可能有人不經(jīng)要問(wèn)，為什么這么多不同類型對(duì)象都支持 for 語(yǔ)句，還有哪些類型的對(duì)象可以作用在 for 語(yǔ)句中呢？回答這個(gè)問(wèn)題之前，我們先要了解 for 循環(huán)背后的執(zhí)行原理。

for 循環(huán)是對(duì)容器進(jìn)行迭代的過(guò)程，什么是迭代？迭代就是從某個(gè)容器對(duì)象中逐個(gè)地讀取元素，直到容器中沒有更多元素為止。那么，哪些對(duì)象支持迭代操作？任何對(duì)象都可以嗎？先隨便自定義一個(gè)類試試，看行不行：

>>> class MyRange:
...     def __init__(self, num):
...         self.num = num
...
>>> for i in MyRange(10):
...     print(i)
...
Traceback (most recent call last):
  File "", line 1, in 
TypeError: "MyRange" object is not iterable

錯(cuò)誤堆棧日志非常清楚地告訴我們，MyRange 不是一個(gè)可迭代對(duì)象，所以它不能用于迭代，那么到底什么樣的對(duì)象才稱得上是可迭代對(duì)象(iterable)呢？

可迭代對(duì)象需要實(shí)現(xiàn)__iter__方法，并返回一個(gè)迭代器，什么是迭代器呢？迭代器只需要實(shí)現(xiàn) __next__方法。現(xiàn)在我們就來(lái)驗(yàn)證一下列表為什么支持迭代：

>>> x = [1,2,3]
>>> its = x.__iter__() # x有此方法，說(shuō)明列表是可迭代對(duì)象
>>> its


>>> its.__next__()  # its有此方法，說(shuō)明its是迭代器
1
>>> its.__next__()
2
>>> its.__next__()
3
>>> its.__next__()
Traceback (most recent call last):
  File "", line 1, in 
StopIteration

從試驗(yàn)結(jié)果來(lái)看，列表是一個(gè)可迭代對(duì)象，因?yàn)樗鼘?shí)現(xiàn)了 __iter__方法，并且返回了一個(gè)迭代器對(duì)象（list_iterator），因?yàn)樗鼘?shí)現(xiàn)了 __next__方法。我們看到它不斷地調(diào)用__next__方法，其實(shí)就是不斷地迭代獲取容器中的元素，直到容器中沒有更多元素拋出 StopIteration 異常為止。

那么 for 語(yǔ)句又是如何循環(huán)的呢？到這里，恐怕你也猜到了，它的步驟是：

先判斷對(duì)象是否為可迭代對(duì)象，不是的話直接報(bào)錯(cuò)，拋出TypeError異常，是的話，調(diào)用 __iter__方法，返回一個(gè)迭代器

不斷地調(diào)用迭代器的__next__方法，每次按序返回迭代器中的一個(gè)值

迭代到最后，沒有更多元素了，就拋出異常 StopIteration，這個(gè)異常 python 自己會(huì)處理，不會(huì)暴露給開發(fā)者

iterator.png

對(duì)于元組，字典，字符串也是同樣的道理，弄明白了 for 的執(zhí)行原理之后，我們就可以實(shí)現(xiàn)自己的迭代器用在 for 循環(huán)中。

前面的 MyRange 報(bào)錯(cuò)是因?yàn)樗鼪]有實(shí)現(xiàn)迭代器協(xié)議里面的這兩個(gè)方法，現(xiàn)在繼續(xù)改進(jìn)：

class MyRange:
    def __init__(self, num):
        self.i = 0
        self.num = num

    def __iter__(self):
        return self

    def __next__(self):
        if self.i < self.num:
            i = self.i
            self.i += 1
            return i
        else:
            # 達(dá)到某個(gè)條件時(shí)必須拋出此異常，否則會(huì)無(wú)止境地迭代下去
            raise StopIteration()

因?yàn)樗鼘?shí)現(xiàn)了__next__方法，所以 MyRange 本身已經(jīng)是一個(gè)迭代器了，所以 __iter__返回的就是對(duì)象本身 self。現(xiàn)在用在 for 循環(huán)中試試：

for i in MyRange(3):
    print(i)
# 輸出
 0
 1
 2

有沒有發(fā)現(xiàn)，自定義的 MyRange 功能和內(nèi)建函數(shù) range很相似。for 循環(huán)本質(zhì)是不斷地調(diào)用迭代器的__next__方法，直到有 StopIteration 異常為止，所以任何可迭代對(duì)象都可以作用在for循環(huán)中。

原文首發(fā)于公眾號(hào)：python之禪
博客：https://foofish.net/how-for-w...

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