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Python-for循环的内部机制

Python中,使用for循环可以迭代容器对象中的元素,这里容器对象包括是列表(list)、元组(tuple)、字典(dict)、集合(set)等。但是,为什么这些对象可以使用for循环进行操作呢?

首先,定义一个简单的类尝试一下:

class TestRange:
    def __init__(self, num):
        self.num = num
for i in TestRange(10):
    print(i)

# 输出
Traceback (most recent call last):
  File "<stdin>", line 1, in <module>
TypeError: 'TestRange' object is not iterable

错误信息提示,’TestRange’ object 不是可迭代的对象。那么,什么才是可迭代的对象呢?

在可迭代的对象中,需要实现一个__iter__魔法方法,而且这个方法的返回值需要是一个迭代器。那么,什么是迭代器呢?

迭代器只需要实现__next__魔法方法。

以列表(list)为例:

>>> nums = [13,12,33]
>>> iter_ret = nums.__iter__() # x有此方法,说明list是可迭代的,而且该方法返回一个迭代器
>>> iter_ret
<list_iterator object at 0x100f32198>

>>> iter_ret.__next__()
13
>>> iter_ret.__next__()
12
>>> iter_ret.__next__()
33
>>> iter_ret.__next__()
Traceback (most recent call last):
  File "<stdin>", line 1, in <module>
StopIteration

分析:如上所示,列表nums中实现了__iter__方法,而且返回一个迭代器(iterator),迭代器中实现了__next__方法。在不断调用__next__的过程中,就是在不断返回nums中的元素,直到出现StopIteration的错误。

其实,for语句的作用与此类似。for语句的内部机制为

  • 先判断对象是否为可迭代对象,即是否存在__iter__方法,如果存在则调用__iter__方法,返回一个迭代器;否则,直接抛出TypeError异常;
  • 不断地调用迭代器的__next__方法,每次调用按顺序迭代获取当前的值;
  • 迭代完所有元素,就抛出异常 StopIteration,这个异常 python 解释器自己会处理;

前面的 TestRange 报错是因为它没有实现迭代器协议里面的这两个方法,现在继续改进:

class TestRange:
    def __init__(self, _max):
        self.i = 0
        self._max = _max

    def __iter__(self):
        return self

    def __next__(self):
        if self.i < self._max:
            i = self.i
            self.i += 1
            return i
        else:
            # 达到停止条件时,抛出此异常
            raise StopIteration()

# 进行测试
for i in TestRange(3):
    print(i)
# 输出
 0
 1
 2

分析:因为这个类中,已经实现了__next__方法,所以基于这个类所创建的对象,本身就是一个迭代器。又因为可迭代对象需要有__iter__方法,而且返回一个迭代器,所以__iter__返回对象本身self即可。

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