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迭代器

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

1. 可迭代對象

我們已經(jīng)知道可以對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？

例如：整型int的數(shù)據(jù)就無法迭代。

In [1]: for i in 100:
   ...:     print(i)
   ...:     
---------------------------------------------------------------------------
TypeError                                 Traceback (most recent call last)
<ipython-input-1-86150fa0c47d> in <module>()
----> 1 for i in 100:
      2     print(i)
      3 

TypeError: 'int' object is not iterable

In [2]: 

從上面可以看到錯誤提示TypeError: 'int' object is not iterable，提示int并不是迭代類型。

那么類是否是一種迭代類型呢？

In [2]: class MyList(object):
   ...:     def __init__(self):
   ...:         self.list = []
   ...:     def add(self,item):
   ...:         self.list.append(item)
   ...:         

In [3]: mylist = MyList()

In [4]: mylist.add(1)

In [5]: mylist.add(2)

In [6]: mylist.add(3)

In [8]: for num in mylist:
   ...:     print(num)
   ...:     
---------------------------------------------------------------------------
TypeError                                 Traceback (most recent call last)
<ipython-input-8-1e13316c02cd> in <module>()
----> 1 for num in mylist:
      2     print(num)
      3 

TypeError: 'MyList' object is not iterable

In [9]: for num in mylist.list:
   ...:     print(num)
   ...:     
1
2
3

In [10]: 

從上面可以看出，就算定義一個類的一個值為list這種迭代類型，自身類也并不是迭代類型。其實在寫的過程就肯定覺得有問題的。

那么如果改寫一下，讓類變成可迭代的類型呢？

2. 如何判斷一個對象是否可以迭代

可以使用 isinstance() 判斷一個對象是否是 Iterable 對象：

In [10]: from collections import Iterable

In [11]: isinstance([],Iterable)
Out[11]: True

In [12]: isinstance({},Iterable)
Out[12]: True

In [13]: isinstance('hello',Iterable)
Out[13]: True

In [14]: isinstance(mylist,Iterable)
Out[14]: False

In [15]: isinstance(100,Iterable)
Out[15]: False

In [16]: 

從上面的執(zhí)行來看，list、dict、string等都是Iterable對象類型，而mylist實例、100都不是。

3. 可迭代對象的本質

• 我們分析對可迭代對象進行迭代使用的過程，發(fā)現(xiàn)每迭代一次（即在for...in...中每循環(huán)一次）都會返回對象中的下一條數(shù)據(jù)，一直向后讀取數(shù)據(jù)直到迭代了所有數(shù)據(jù)后結束。

• 那么，在這個過程中就應該有一個“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)。我們把這個能幫助我們進行數(shù)據(jù)迭代的“人”稱為迭代器(Iterator)。

• 可迭代對象的本質就是可以向我們提供一個這樣的中間“人”即迭代器幫助我們對其進行迭代遍歷使用。

• 可迭代對象通過__iter__方法向我們提供一個迭代器，我們在迭代一個可迭代對象的時候，實際上就是先獲取該對象提供的一個迭代器，然后通過這個迭代器來依次獲取對象中的每一個數(shù)據(jù).

• 那么也就是說，一個具備了__iter__方法的對象，就是一個可迭代對象。

給前面的Mylist類新增一個__iter__方法，再查看對象是否為可迭代對象

In [16]: class MyList(object):
    ...:     def __init__(self):
    ...:         self.list = []
    ...:     def add(self,item):
    ...:         self.list.append(item)
    ...:     def __iter__(self):
    ...:         pass
    ...:         

In [18]: mylist = MyList()

In [19]: isinstance(mylist,Iterable)
Out[19]: True

In [20]: 

這回測試發(fā)現(xiàn)添加了__iter__方法的mylist對象已經(jīng)是一個可迭代對象了。

4. iter()函數(shù)與next()函數(shù)

• list、tuple等都是可迭代對象，我們可以通過iter()函數(shù)獲取這些可迭代對象的迭代器。
• 然后我們可以對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)實際上就是調用了可迭代對象的__iter__方法。

# 創(chuàng)建list
In [20]: li = [1,2,3,4,5]   

# 將list放入迭代器中
In [21]: li_iter = iter(li)

# 調用next方法，打印迭代器的內(nèi)容
In [22]: next(li_iter)
Out[22]: 1

In [23]: next(li_iter)
Out[23]: 2

In [24]: next(li_iter)
Out[24]: 3

In [25]: next(li_iter)
Out[25]: 4

In [26]: next(li_iter)
Out[26]: 5

# 迭代器next已經(jīng)沒有數(shù)據(jù)了，這個異?？梢灶愃谱鳛閣hile方法的break條件
In [27]: next(li_iter)
---------------------------------------------------------------------------
StopIteration                             Traceback (most recent call last)
<ipython-input-27-ab6a83f394a1> in <module>()
----> 1 next(li_iter)

StopIteration: 

In [28]: 

注意，當我們已經(jīng)迭代完最后一個數(shù)據(jù)之后，再次調用next()函數(shù)會拋出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. 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，當我們對迭代器使用next()函數(shù)的時候，迭代器會向我們返回它所記錄位置的下一個位置的數(shù)據(jù)。
• 實際上，在使用next()函數(shù)的時候，調用的就是迭代器對象的__next__方法（Python3中是對象的__next__方法，Python2中是對象的next()方法）。
• 所以，我們要想構造一個迭代器，就要實現(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現(xiàn)__iter__方法，而__iter__方法要返回一個迭代器，迭代器自身正是一個迭代器，所以迭代器的__iter__方法返回自身即可。
• 一個實現(xiàn)了__iter__方法和next()方法的對象，就是迭代器。

In [21]: class MyList(object):
    ...:     def __init__(self):
    ...:         self.list = []
    ...:         self.current = 0
    ...:         
    ...:     def add(self,var):
    ...:         self.list.append(var)
    ...:         
    ...:     def next(self):
    ...:         if self.current < len(self.list):
    ...:             item = self.list[self.current]
    ...:             self.current += 1
    ...:             return item
    ...:         else:
    ...:             raise StopIteration
    ...:         
    ...:     def __iter__(self):
    ...:         return self
    ...:          

In [22]: 

In [22]: mylist = MyList()

In [23]: isinstance(mylist,Iterable)
Out[23]: True

In [24]: mylist.add(1)

In [25]: mylist.add(2)

In [26]: mylist.add(3)

In [27]: mylist.next()
Out[27]: 1

In [28]: mylist.next()
Out[28]: 2

In [29]: mylist.next()
Out[29]: 3

In [30]: mylist.next()
---------------------------------------------------------------------------
StopIteration                             Traceback (most recent call last)
<ipython-input-30-1897446021c8> in <module>()
----> 1 mylist.next()

<ipython-input-21-110aa633e856> in next(self)
     13             return item
     14         else:
---> 15             raise StopIteration
     16 
     17     def __iter__(self):

StopIteration: 

In [31]: 

In [31]: 

In [31]: mylist = MyList()

In [32]: mylist.add(1)

In [33]: mylist.add(2)

In [34]: mylist.add(3)

In [35]: for num in mylist:
    ...:     print(num)
    ...:     
1
2
3

In [36]: 

從上面的代碼可以看出，在python2使用了next方法之后，就可以正常迭代調用next以及使用for循環(huán)進行打印。

6. for...in...循環(huán)的本質

for item in Iterable 循環(huán)的本質就是先通過iter()函數(shù)獲取可迭代對象Iterable的迭代器，然后對獲取到的迭代器不斷調用next()方法來獲取下一個值并將其賦值給item，當遇到StopIteration的異常后循環(huán)結束。

7. 迭代器的應用場景

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)的調用來返回下一個數(shù)據(jù)值。如果每次返回的數(shù)據(jù)值不是在一個已有的數(shù)據(jù)集合中讀取的，而是通過程序按照一定的規(guī)律計算生成的，那么也就意味著可以不用再依賴一個已有的數(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（內(nèi)存）空間。

舉個例子，比如，數(shù)學中有個著名的斐波拉契數(shù)列（Fibonacci），數(shù)列中第一個數(shù)為0，第二個數(shù)為1，其后的每一個數(shù)都可由前兩個數(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個數(shù)。那么這個斐波那契數(shù)列我們就可以用迭代器來實現(xiàn)，每次迭代都通過數(shù)學計算來生成下一個數(shù)。

#coding=utf-8

class FibIterator(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個數(shù)
        """
        self.n = n
        # current用來保存當前生成到數(shù)列中的第幾個數(shù)了
        self.current = 0
        # num1用來保存前前一個數(shù)，初始值為數(shù)列中的第一個數(shù)0
        self.num1 = 0
        # num2用來保存前一個數(shù)，初始值為數(shù)列中的第二個數(shù)1
        self.num2 = 1

    def next(self):
        """被next()函數(shù)調用來獲取下一個數(shù)"""
        if self.current < self.n:
            num = self.num1
            self.num1, self.num2 = self.num2, self.num1+self.num2
            self.current += 1
            return num
        else:
            raise StopIteration

    def __iter__(self):
        """迭代器的__iter__返回自身即可"""
        return self


if __name__ == '__main__':
    fib = FibIterator(10)
    for num in fib:
        print(num)

執(zhí)行如下：

G:\Python27\python.exe F:/pythonProject/Iter/iter.py
0
1
1
2
3
5
8
13
21
34

8. 并不是只有for循環(huán)能接收可迭代對象

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

if __name__ == '__main__':
    fib = FibIterator(10)
    for num in fib:
        print(num)
    
    # 使用list接收
    li = list(FibIterator(15))
    print(li)
    
    # 使用tunple接收
    tp = tuple(FibIterator(6))
    print(tp)

執(zhí)行如下：

[0, 1, 1, 2, 3, 5, 8, 13, 21, 34, 55, 89, 144, 233, 377]
(0, 1, 1, 2, 3, 5)

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