Python 迭代器介紹及作用詳情

2022-07-20 18:01:48

迭代器：初探

Python 學習的人都知道，Python 中存在兩種迴圈語句：while 和 for。for 迴圈可以用於 Python 中的任何序列，包括列表、元組、字串。

>>> for x in [2013, 14, 15926]: print(x, end=' ')
...
2013 14 15926
>>>
>>> for x in (2021, 2022, 2023): print(x, end='->')
...
2021->2022->2023->
>>> for x in 'HelloWorld': print(x, end=' ')
...
H e l l o W o r l d

實際上，for 迴圈還能使用於任何可迭代物件。可迭代物件在 Python 中是新穎特別的概念，但實際上就是序列概念的通用化：如果物件時實際儲存的序列，或者可以在迭代工具中（如 for 迴圈）一次產生一個結果的物件，就看做可迭代的。可以說，Python 中迭代器無處不在。

什麼是迭代器？

Python 中的迭代器是一個物件，用於迭代列表、元組、字典和集合等可迭代物件。Python 迭代器物件必須實現兩個特殊的方法：__iter__()和__next__()方法：

使用 __iter__() 方法初始化迭代器物件
使用 __next__() 方法進行迭代。

通過迭代器進行迭代

iter()函數依次呼叫 __iter__()方法，返回一個迭代器。我們使用 next() 函數手動遍歷迭代器的所有項。

當我們到達終點並且沒有更多資料要返回時，它將引發 StopIteration異常。

下面是一個例子:

# define a list
my_list = [2013, 14, 15926]

# get an iterator using iter()
my_iter = iter(my_list)
# iterate through it using next()

# Output: 2013
print(next(my_iter))

# Output: 14
print(next(my_iter))

# next(obj) is same as obj.__next__()
# Output: 15926
print(my_iter.__next__())
# This will raise error, no items left
next(my_iter)

依次執行上面的程式碼，輸出如下：

2013
14
15926
Traceback (most recent call last):
File "<string>", line 24, in <module>
next(my_iter)
StopIteration

一種更優雅的自動迭代方式是使用 for 迴圈。使用它，我們可以迭代任何可以返回迭代器的物件，例如列表、字串、檔案等。

>>> for element in my_list:
... print(element)
...
2013
14
15926

迭代器 for 迴圈的工作

正如我們在上面的範例中看到的，for 迴圈能夠自動遍歷列表。

實際上 for 迴圈可以迭代任何可迭代物件。讓我們仔細看看 for 迴圈是如何在 Python 中實際實現的。

for element in iterable:
# do something with element

實際實現為:

# create an iterator object from that iterable
iter_obj = iter(iterable)

# infinite loop
while True:
try:
# get the next item
element = next(iter_obj)
print(element)
# do something with element
except StopIteration:
# if StopIteration is raised, break from loop
break

所以在內部，for 迴圈通過在可迭代物件上呼叫 iter()建立一個迭代器物件 iter_obj。具有諷刺意味的是，這個 for 迴圈實際上是一個無限的 while 迴圈。

在迴圈內部，它呼叫 next()來獲取下一個元素並使用該值執行 for 迴圈的主體。在所有專案耗盡後，StopIteration被引發，內部捕獲並結束迴圈。請注意，任何其他型別的異常都會通過。

構建自定義迭代器

在 Python 中從頭開始構建迭代器很容易。我們只需要實現 __iter__() 和 __next__() 方法。

__iter__() 方法返回迭代器物件本身。如果需要，可以執行一些初始化。

__next__() 方法必須返回序列中的下一項。在到達終點時以及在隨後的呼叫中，它必須引發 StopIteration。

class PowTwo:
"""Class to implement an iterator
of powers of two"""
def __init__(self, max=0):
self.max = max

def __iter__(self):
self.n = 0
return self
def __next__(self):
if self.n <= self.max:
result = 2 ** self.n
self.n += 1
return result
else:
raise StopIteration
# create an object
numbers = PowTwo(3)
# create an iterable from the object
i = iter(numbers)
# Using next to get to the next iterator element
print(next(i))
print(next(i))
print(next(i))
print(next(i))
print(next(i))

輸出結果：

1
2
4
8
Traceback (most recent call last):
File "/Users/yuzhou_1su/go/src/iterdemo.py", line 32, in <module>
print(next(i))
StopIteration

我們還可以使用 for 迴圈來迭代我們的迭代器類。

>>> for i in PowTwo(5):
... print(i)
...
1
2
4
8
16
32

Python 無限迭代器

迭代器物件中的專案不必耗盡。可以有無限的迭代器（永遠不會結束）。在處理此類迭代器時，我們必須小心。

這是一個演示無限迭代器的簡單範例。

內建函數 iter()可以使用兩個引數呼叫，其中第一個引數必須是可呼叫物件（函數），第二個引數是哨兵。迭代器呼叫這個函數，直到返回的值等於哨兵。

>>> int()
0
>>> inf = iter(int,1)
>>> next(inf)
0
>>> next(inf)
0

我們可以看到 int()函數總是返回 0。因此將它作為 iter(int,1)傳遞將返回一個迭代器，該迭代器呼叫 int()直到返回值等於 1。這永遠不會發生，我們得到一個無限迭代器。

我們還可以構建自己的無限迭代器。

理論上，以下迭代器將返回所有奇數:

class InfIter:
"""Infinite iterator to return all
odd numbers"""

def __iter__(self):
self.num = 1
return self

def __next__(self):
num = self.num
self.num += 2
return num

>>> a = iter(InfIter())
>>> next(a)
1
>>> next(a)
3
>>> next(a)
5
>>> next(a)
7

在對這些型別的無限迭代器進行迭代時，請小心包含終止條件。如上所示，我們可以得到所有奇數，而無需將整個數位系統儲存在記憶體中。理論上，我們可以在有限的記憶體中擁有無限的專案。

Python 迭代器的好處

使用迭代器的好處是可以節省資源：

程式碼減少。
程式碼冗餘得到極大解決。
降低程式碼複雜度。
它為編碼帶來了更多的穩定性。

總結

Python 的迭代器提供穩定和靈活的程式碼。迭代器和可迭代物件的區別：

Iterable是一個可以迭代的物件。它在傳遞給 iter()方法時生成一個迭代器。
Iterator是一個物件，用於使用 __next__()方法對可迭代物件進行迭代。迭代器有 __next__() 方法，它返回物件的下一項。

請注意，每個迭代器也是一個可迭代的，但不是每個可迭代的都是一個迭代器。

例如，列表是可迭代的，但列表不是迭代器。可以使用函數 iter() 從可迭代物件建立迭代器。

為了實現這一點，物件的類需要一個方法 __iter__，它返回一個迭代器，或者一個具有從 0 開始的順序索引的 __getitem__方法。但其本質也是實現了 __iter__方法。

到此這篇關於Python 迭代器介紹及作用詳情的文章就介紹到這了,更多相關Python 迭代器內容請搜尋it145.com以前的文章或繼續瀏覽下面的相關文章希望大家以後多多支援it145.com！