Python中的迭代器與可迭代對象

說到Python編程語言，最令人印象深刻的應該就是它的易用性了。為了提供易用性，語言中封裝了大量的常用數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、算法和類庫，并創(chuàng)建了不少

與其他語言不同的概念。其中，大部分概念都非常容易理解。然而，仍有些概念比較相似，常常使初學者混淆，比如迭代器和可迭代對象。

有編程經(jīng)驗的開發(fā)者都知道，迭代（或稱循環(huán)）是處理大量數(shù)據(jù)時非常常用的手段。

從普通對象到迭代器

查看下面一個常規(guī)的類定義：

class SimpleClass1:

pass

simple1 = SimpleClass1()

如果從simple對象獲取數(shù)據(jù)：

next(simple1)

將會報錯“TypeError: 'SimpleClass1' object is not an iterator”，這是因為simple1對象不是一個迭代器。

下面介紹Python中的可迭代協(xié)議。

如果要使一個對象成為一個迭代器，需要：

實現(xiàn)無參數(shù)的“__next__”方法，返回下一個數(shù)據(jù)；

當沒有下一個數(shù)據(jù)時，拋出一個特殊的異常StopIteration。

那么，重新實現(xiàn)SimpleClass，如下：

class SimpleClass2:

def __init__(self, name):

self.name = name

self.current = 0

def __next__(self):

if self.current >= len(self.name):

raise StopIteration

nextval = self.name[self.current]

self.current += 1

return nextval

simple2 = SimpleClass2('abc')

重新使用next函數(shù)就可以獲取數(shù)據(jù)了：

next(simple2) # 返回a

next(simple2) # 返回b

next(simple2) # 返回c

next(simple2) # 拋出異常 StopIteration

如上所示，迭代器可以成功返回數(shù)據(jù)，如預期那樣。但是每次都使用next函數(shù)獲取數(shù)據(jù)還是比較麻煩，更不用說還要去處理異常。

從迭代器到可迭代對象

如果在開發(fā)中，對象能夠直接支持for循環(huán)來進行遍歷，并且自動處理StopIteration異常，那么實際開發(fā)工作將會簡單許多。

于是Python中引入了可迭代對象的概念，可迭代對象就是能夠支持使用iter來獲取迭代器的對象。我們可以在類中實現(xiàn)__iter__方法來支持iter函數(shù)：

class SimpleClass3:

def __init__(self, name):

self.name = name

self.current = 0

def __next__(self):

if self.current >= len(self.name):

raise StopIteration

nextval = self.name[self.current]

self.current += 1

return nextval

def __iter__(self):

print('__iter__方法被調(diào)用')

return self

simple3 = SimpleClass3('abc')

使用for循環(huán)打印元素：

for item in simple3:

print(item)

將會順序輸出 a, b, c三個元素，for循環(huán)語句會自動調(diào)用iter獲取此可迭代對象的迭代器，并自動處理異常。

Python可迭代協(xié)議使用實例

以上就是Python中的可迭代協(xié)議。下面使用該協(xié)議仿照系統(tǒng)內(nèi)置range實現(xiàn)一個簡化版本的類SimpleRange，它支持返回從0到n（不包括）的整數(shù)值。

class _SimpleRange:

def __init__(self, n):

self.n = n

self.current = 0

def __iter__(self):

return self

def __next__(self):

"""支持獲取下一個元素"""

if self.current >= self.n:

raise StopIteration # 當沒有下一個元素時拋出異常

next_val = self.current # 保存當前值以便返回

self.current += 1

return next_val

class SimpleRange:

"""簡化版本的range"""

def __init__(self, n):

"""初始化對象"""

self.n = n

def __iter__(self):

"""支持返回迭代器"""

return _SimpleRange(self.n)

simple_range = SimpleRange(10)

r = range(10)

assert list(simple_range) == list(r)

assert list(simple_range) == list(r) # 該斷言會成功通過

上面的代碼中，_SimpleRange實現(xiàn)了__next__方法，所以其對象是一個迭代器。而SimpleRange實現(xiàn)了_iter__方法，并且在其中返回一個新的_SimpleRange對象。SimpleRange是一個可迭代對象。

需要注意的是，在SimpleRange對象中每次調(diào)用iter都會返回一個全新的迭代器（即_SimpleRange對象），這就是上面代碼中，第二個斷言能夠通過的原因。

下面看第二個例子，定義一個列表如下：

lst = [1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9]

我們知道，lst是可迭代對象，所以可以使用iter函數(shù)獲取其迭代器iter(lst)。而如果將同一個迭代器放入zip函數(shù)，可以同時分別從

同一個迭代器獲取數(shù)據(jù)，即：

lst_iter = iter(lst)

assert list(zip(lst_iter, lst_iter, lst_iter)) == [(1, 2, 3), (4, 5, 6), (7, 8, 9)]

將上面的代碼組合在一起，配合拆包則可以使用代碼：

list(zip(*[iter(lst)]*3))

將列表 [1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9]，轉(zhuǎn)換為 [(1, 2, 3), (4, 5, 6), (7, 8, 9)]。

特殊的可迭代對象

除了標準的實現(xiàn)可迭代的方法（即實現(xiàn)__iter__方法）外，如果一個類實現(xiàn)了__getitem__方法，并且其索引是從0開始的整數(shù)，則

其對象也是可迭代對象。如：

class SimpleClass4:

def __init__(self, n):

self.n = n

def __getitem__(self, idx):

if idx < self.n:

return idx

raise StopIteration

總結(jié)

可迭代對象就是可以用來拿到迭代器的對象，而迭代器可以用來獲取下一個數(shù)據(jù)。

可迭代對象實現(xiàn)了返回迭代器的__iter__方法或者使用從0開始的整數(shù)索引的__getitem__方法；迭代器實現(xiàn)了獲取下一個元素的__next__方法，當沒有下一個元素時，迭代器會拋出一個特殊的異常StopIteration。

Python中的許多結(jié)構(gòu)內(nèi)置支持可迭代協(xié)議，會自動處理StopIteration異常，如for循環(huán)、拆包等。