迭代器

迭代是訪問集合元素的一種方式。迭代器是一個(gè)可以記住遍歷的位置的對(duì)象。迭代器對(duì)象從集合的第一個(gè)元素開始訪問，直到所有的元素被訪問完結(jié)束。迭代器只能往前不會(huì)后退。

1. 可迭代對(duì)象

我們已經(jīng)知道可以對(duì)list、tuple、str等類型的數(shù)據(jù)使用for...in...的循環(huán)語法從其中依次拿到數(shù)據(jù)進(jìn)行使用，我們把這樣的過程稱為遍歷，也叫迭代。

但是，是否所有的數(shù)據(jù)類型都可以放到for...in...的語句中，然后讓for...in...每次從中取出一條數(shù)據(jù)供我們使用，即供我們迭代嗎？

>>> foriin100:... print(i)...Traceback (most recent call last):? File"<stdin>", line1,inTypeError:'int'objectisnotiterable>>># int整型不是iterable，即int整型不是可以迭代的# 我們自定義一個(gè)容器MyList用來存放數(shù)據(jù)，可以通過add方法向其中添加數(shù)據(jù)>>> classMyList(object):... def__init__(self):... self.container = []... defadd(self, item):... self.container.append(item)...>>> mylist = MyList()>>> mylist.add(1)>>> mylist.add(2)>>> mylist.add(3)>>> fornuminmylist:... print(num)...Traceback (most recent call last):? File"<stdin>", line1,inTypeError:'MyList'objectisnotiterable>>># MyList容器的對(duì)象也是不能迭代的

我們自定義了一個(gè)容器類型MyList，在將一個(gè)存放了多個(gè)數(shù)據(jù)的MyList對(duì)象放到for...in...的語句中，發(fā)現(xiàn)for...in...并不能從中依次取出一條數(shù)據(jù)返回給我們，也就說我們隨便封裝了一個(gè)可以存放多條數(shù)據(jù)的類型卻并不能被迭代使用。

我們把可以通過for...in...這類語句迭代讀取一條數(shù)據(jù)供我們使用的對(duì)象稱之為可迭代對(duì)象（Iterable）**。

2. 如何判斷一個(gè)對(duì)象是否可以迭代

可以使用 isinstance() 判斷一個(gè)對(duì)象是否是 Iterable 對(duì)象：

In [50]:fromcollectionsimportIterableIn [51]: isinstance([], Iterable)Out[51]:TrueIn [52]: isinstance({}, Iterable)Out[52]:TrueIn [53]: isinstance('abc', Iterable)Out[53]:TrueIn [54]: isinstance(mylist, Iterable)Out[54]:FalseIn [55]: isinstance(100, Iterable)Out[55]:False

3. 可迭代對(duì)象的本質(zhì)

我們分析對(duì)可迭代對(duì)象進(jìn)行迭代使用的過程，發(fā)現(xiàn)每迭代一次（即在for...in...中每循環(huán)一次）都會(huì)返回對(duì)象中的下一條數(shù)據(jù)，一直向后讀取數(shù)據(jù)直到迭代了所有數(shù)據(jù)后結(jié)束。那么，在這個(gè)過程中就應(yīng)該有一個(gè)“人”去記錄每次訪問到了第幾條數(shù)據(jù)，以便每次迭代都可以返回下一條數(shù)據(jù)。我們把這個(gè)能幫助我們進(jìn)行數(shù)據(jù)迭代的“人”稱為迭代器(Iterator)。

可迭代對(duì)象的本質(zhì)就是可以向我們提供一個(gè)這樣的中間“人”即迭代器幫助我們對(duì)其進(jìn)行迭代遍歷使用。

可迭代對(duì)象通過__iter__方法向我們提供一個(gè)迭代器，我們?cè)诘粋€(gè)可迭代對(duì)象的時(shí)候，實(shí)際上就是先獲取該對(duì)象提供的一個(gè)迭代器，然后通過這個(gè)迭代器來依次獲取對(duì)象中的每一個(gè)數(shù)據(jù).

那么也就是說，一個(gè)具備了__iter__方法的對(duì)象，就是一個(gè)可迭代對(duì)象。

>>> classMyList(object):... def__init__(self):... self.container = []... defadd(self, item):... self.container.append(item)... def__iter__(self):... """返回一個(gè)迭代器"""... # 我們暫時(shí)忽略如何構(gòu)造一個(gè)迭代器對(duì)象... pass...>>> mylist = MyList()>>> fromcollectionsimportIterable>>> isinstance(mylist, Iterable)True>>># 這回測(cè)試發(fā)現(xiàn)添加了__iter__方法的mylist對(duì)象已經(jīng)是一個(gè)可迭代對(duì)象了

4. iter()函數(shù)與next()函數(shù)

list、tuple等都是可迭代對(duì)象，我們可以通過iter()函數(shù)獲取這些可迭代對(duì)象的迭代器。然后我們可以對(duì)獲取到的迭代器不斷使用next()函數(shù)來獲取下一條數(shù)據(jù)。iter()函數(shù)實(shí)際上就是調(diào)用了可迭代對(duì)象的__iter__方法。

>>> li = [11,22,33,44,55]>>> li_iter = iter(li)>>> next(li_iter)11>>> next(li_iter)22>>> next(li_iter)33>>> next(li_iter)44>>> next(li_iter)55>>> next(li_iter)Traceback (most recent call last):? File"<stdin>", line1,inStopIteration>>>

注意，當(dāng)我們已經(jīng)迭代完最后一個(gè)數(shù)據(jù)之后，再次調(diào)用next()函數(shù)會(huì)拋出StopIteration的異常，來告訴我們所有數(shù)據(jù)都已迭代完成，不用再執(zhí)行next()函數(shù)了。

5. 如何判斷一個(gè)對(duì)象是否是迭代器

可以使用 isinstance() 判斷一個(gè)對(duì)象是否是 Iterator 對(duì)象：

In [56]:fromcollectionsimportIteratorIn [57]: isinstance([], Iterator)Out[57]:FalseIn [58]: isinstance(iter([]), Iterator)Out[58]:TrueIn [59]: isinstance(iter("abc"), Iterator)Out[59]:True

6. 迭代器Iterator

通過上面的分析，我們已經(jīng)知道，迭代器是用來幫助我們記錄每次迭代訪問到的位置，當(dāng)我們對(duì)迭代器使用next()函數(shù)的時(shí)候，迭代器會(huì)向我們返回它所記錄位置的下一個(gè)位置的數(shù)據(jù)。實(shí)際上，在使用next()函數(shù)的時(shí)候，調(diào)用的就是迭代器對(duì)象的__next__方法（Python3中是對(duì)象的__next__方法，Python2中是對(duì)象的next()方法）。所以，我們要想構(gòu)造一個(gè)迭代器，就要實(shí)現(xiàn)它的__next__方法。但這還不夠，python要求迭代器本身也是可迭代的，所以我們還要為迭代器實(shí)現(xiàn)__iter__方法，而__iter__方法要返回一個(gè)迭代器，迭代器自身正是一個(gè)迭代器，所以迭代器的__iter__方法返回自身即可。

一個(gè)實(shí)現(xiàn)了__iter__方法和__next__方法的對(duì)象，就是迭代器。

classMyList(object):"""自定義的一個(gè)可迭代對(duì)象"""def__init__(self):self.items = []defadd(self, val):self.items.append(val)def__iter__(self):myiterator = MyIterator(self)returnmyiteratorclassMyIterator(object):"""自定義的供上面可迭代對(duì)象使用的一個(gè)迭代器"""def__init__(self, mylist):self.mylist = mylist# current用來記錄當(dāng)前訪問到的位置self.current =0def__next__(self):ifself.current < len(self.mylist.items):? ? ? ? ? ? item = self.mylist.items[self.current]? ? ? ? ? ? self.current +=1returnitemelse:raiseStopIterationdef__iter__(self):returnselfif__name__ =='__main__':? ? mylist = MyList()? ? mylist.add(1)? ? mylist.add(2)? ? mylist.add(3)? ? mylist.add(4)? ? mylist.add(5)fornuminmylist:? ? ? ? print(num)

7. for...in...循環(huán)的本質(zhì)

for?item?in?Iterable?循環(huán)的本質(zhì)就是先通過iter()函數(shù)獲取可迭代對(duì)象Iterable的迭代器，然后對(duì)獲取到的迭代器不斷調(diào)用next()方法來獲取下一個(gè)值并將其賦值給item，當(dāng)遇到StopIteration的異常后循環(huán)結(jié)束。

8. 迭代器的應(yīng)用場(chǎng)景

我們發(fā)現(xiàn)迭代器最核心的功能就是可以通過next()函數(shù)的調(diào)用來返回下一個(gè)數(shù)據(jù)值。如果每次返回的數(shù)據(jù)值不是在一個(gè)已有的數(shù)據(jù)集合中讀取的，而是通過程序按照一定的規(guī)律計(jì)算生成的，那么也就意味著可以不用再依賴一個(gè)已有的數(shù)據(jù)集合，也就是說不用再將所有要迭代的數(shù)據(jù)都一次性緩存下來供后續(xù)依次讀取，這樣可以節(jié)省大量的存儲(chǔ)（內(nèi)存）空間。

舉個(gè)例子，比如，數(shù)學(xué)中有個(gè)著名的斐波拉契數(shù)列（Fibonacci），數(shù)列中第一個(gè)數(shù)為0，第二個(gè)數(shù)為1，其后的每一個(gè)數(shù)都可由前兩個(gè)數(shù)相加得到：

0, 1, 1, 2, 3, 5, 8, 13, 21, 34, ...

現(xiàn)在我們想要通過for...in...循環(huán)來遍歷迭代斐波那契數(shù)列中的前n個(gè)數(shù)。那么這個(gè)斐波那契數(shù)列我們就可以用迭代器來實(shí)現(xiàn)，每次迭代都通過數(shù)學(xué)計(jì)算來生成下一個(gè)數(shù)。

classFibIterator(object):"""斐波那契數(shù)列迭代器"""def__init__(self, n):"""

? ? ? ? :param n: int, 指明生成數(shù)列的前n個(gè)數(shù)

? ? ? ? """self.n = n# current用來保存當(dāng)前生成到數(shù)列中的第幾個(gè)數(shù)了self.current =0# num1用來保存前前一個(gè)數(shù)，初始值為數(shù)列中的第一個(gè)數(shù)0self.num1 =0# num2用來保存前一個(gè)數(shù)，初始值為數(shù)列中的第二個(gè)數(shù)1self.num2 =1def__next__(self):"""被next()函數(shù)調(diào)用來獲取下一個(gè)數(shù)"""ifself.current < self.n:? ? ? ? ? ? num = self.num1? ? ? ? ? ? self.num1, self.num2 = self.num2, self.num1+self.num2? ? ? ? ? ? self.current +=1returnnumelse:raiseStopIterationdef__iter__(self):"""迭代器的__iter__返回自身即可"""returnselfif__name__ =='__main__':? ? fib = FibIterator(10)fornuminfib:? ? ? ? print(num, end=" ")

9. 并不是只有for循環(huán)能接收可迭代對(duì)象

除了for循環(huán)能接收可迭代對(duì)象，list、tuple等也能接收。

li = list(FibIterator(15))print(li)tp = tuple(FibIterator(6))print(tp)