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【第十四篇】Python 迭代器

系統 1961 0

一、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。

1.1 判斷一個對象是否可迭代

可以使用 isinstance() 判斷一個對象是否是 Iterable 對象:
              In [50]: 
              
                from
              
               collections 
              
                import
              
              
                 Iterable

In [
              
              51
              
                ]: isinstance([], Iterable)
Out[
              
              51
              
                ]: True

In [
              
              52
              
                ]: isinstance({}, Iterable)
Out[
              
              52
              
                ]: True

In [
              
              53]: isinstance(
              
                '
              
              
                abc
              
              
                '
              
              
                , Iterable)
Out[
              
              53
              
                ]: True

In [
              
              54
              
                ]: isinstance(mylist, Iterable)
Out[
              
              54
              
                ]: False

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

1.2 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,發現每迭代一次(即在for...in...中每循環一次)都會返回對象中的下一條數據,一直向后讀取數據直到迭代了所有數據后結束。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據,以便每次迭代都可以返回下一條數據。我們把這個能幫助我們進行數據迭代的“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據.
?
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
                
                   1
                
                
                  from
                
                 collections 
                
                  import
                
                
                   Iterable

                
                
                   2
                
                
                   3
                
                
                   4
                
                
                  class
                
                
                   MyList(object):

                
                
                   5
                
                
                   6
                
                
                  def
                
                
                  __init__
                
                
                  (self):

                
                
                   7
                
                         self.container =
                
                   []

                
                
                   8
                
                
                   9
                
                
                  def
                
                
                   add(self, item):

                
                
                  10
                
                
                          self.container.append(item)

                
                
                  11
                
                
                  12
                
                
                  def
                
                
                  __iter__
                
                
                  (self):

                
                
                  13
                
                
                  """
                
                
                  返回一個迭代器
                
                
                  """
                
                
                  14
                
                
                  pass
                
                
                  15
                
                
                  16
                
                
                  17
                
                 mylist =
                
                   MyList()

                
                
                  18
                
                
                  print
                
                (isinstance(mylist, Iterable))     
                
                  #
                
                
                   True
                
              

這回測試發現添加了__iter__方法的mylist對象已經是一個可迭代對象了

1.3 iter()函數和next()函數

list、tuple等都是可迭代對象,我們可以通過iter()函數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()函數來獲取下一條數據。iter()函數實際上就是調用了可迭代對象的__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 
                  
                  
                    "
                  
                  
                    
                  
                  
                    "
                  
                  , line 1, 
                  
                    in
                  
                  
                    
                      
StopIteration

                    
                    >>>
                  
                

注意,當我們已經迭代完最后一個數據之后,再次調用next()函數會拋出StopIteration的異常,來告訴我們所有數據都已迭代完成,不用再執行next()函數了。

1.4?如何判斷一個對象是否是迭代器

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

                  In [56]: 
                  
                    from
                  
                   collections 
                  
                    import
                  
                  
                     Iterator

In [
                  
                  57
                  
                    ]: isinstance([], Iterator)
Out[
                  
                  57
                  
                    ]: False

In [
                  
                  58
                  
                    ]: isinstance(iter([]), Iterator)
Out[
                  
                  58
                  
                    ]: True

In [
                  
                  59]: isinstance(iter(
                  
                    "
                  
                  
                    abc
                  
                  
                    "
                  
                  
                    ), Iterator)
Out[
                  
                  59]: True
                

1.5 迭代器Iterator

通過上面的分析,我們已經知道,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據。實際上,在使用next()函數的時候,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__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。
?
一個實現了__iter__方法和__next__方法的對象,就是迭代器。
                    
                       1
                    
                    
                      #
                    
                    
                       實現迭代器(兩個類的寫法)
                    
                    
                       2
                    
                    
                      class
                    
                    
                       MyList(object):

                    
                    
                       3
                    
                    
                      """
                    
                    
                       4
                    
                    
                          自定義的一個可迭代對象

                    
                    
                       5
                    
                    
                      """
                    
                    
                       6
                    
                    
                       7
                    
                    
                      def
                    
                    
                      __init__
                    
                    
                      (self):

                    
                    
                       8
                    
                             self.items =
                    
                       []

                    
                    
                       9
                    
                    
                      10
                    
                    
                      def
                    
                    
                       add(self, val):

                    
                    
                      11
                    
                    
                              self.items.append(val)

                    
                    
                      12
                    
                    
                      13
                    
                    
                      def
                    
                    
                      __iter__
                    
                    
                      (self):

                    
                    
                      14
                    
                             myiterator =
                    
                       MyIterator(self)

                    
                    
                      15
                    
                    
                      16
                    
                    
                      return
                    
                    
                       myiterator

                    
                    
                      17
                    
                    
                      18
                    
                    
                      19
                    
                    
                      class
                    
                    
                       MyIterator(object):

                    
                    
                      20
                    
                    
                      """
                    
                    
                      21
                    
                    
                              自定義的供上面可迭代對象使用的一個迭代器

                    
                    
                      22
                    
                    
                      """
                    
                    
                      23
                    
                    
                      def
                    
                    
                      __init__
                    
                    
                      (self, mylist):

                    
                    
                      24
                    
                             self.mylist =
                    
                       mylist

                    
                    
                      25
                    
                    
                      #
                    
                    
                       current用來記錄當前訪問到的位置
                    
                    
                      26
                    
                             self.current =
                    
                       0

                    
                    
                      27
                    
                    
                      28
                    
                    
                      def
                    
                    
                      __next__
                    
                    
                      (self):

                    
                    
                      29
                    
                    
                      if
                    
                     self.current <
                    
                       len(self.mylist.items):

                    
                    
                      30
                    
                                 item =
                    
                       self.mylist.items[self.current]

                    
                    
                      31
                    
                                 self.current += 1

                    
                      32
                    
                    
                      return
                    
                    
                       item

                    
                    
                      33
                    
                    
                      else
                    
                    
                      :

                    
                    
                      34
                    
                    
                      raise
                    
                    
                       StopIteration

                    
                    
                      35
                    
                    
                      36
                    
                    
                      def
                    
                    
                      __iter__
                    
                    
                      (self):

                    
                    
                      37
                    
                    
                      return
                    
                    
                       self

                    
                    
                      38
                    
                    
                      39
                    
                    
                      40
                    
                    
                      if
                    
                    
                      __name__
                    
                     == 
                    
                      '
                    
                    
                      __main__
                    
                    
                      '
                    
                    
                      :

                    
                    
                      41
                    
                         mylist =
                    
                       MyList()

                    
                    
                      42
                    
                         mylist.add(1
                    
                      )

                    
                    
                      43
                    
                         mylist.add(2
                    
                      )

                    
                    
                      44
                    
                         mylist.add(3
                    
                      )

                    
                    
                      45
                    
                         mylist.add(4
                    
                      )

                    
                    
                      46
                    
                         mylist.add(5
                    
                      )

                    
                    
                      47
                    
                    
                      for
                    
                     num 
                    
                      in
                    
                    
                       mylist:

                    
                    
                      48
                    
                    
                      print
                    
                    (num)
                  
                    
                       1
                    
                    
                      實現迭代器(寫在一個類) 

                    
                    
                       2
                    
                    
                      class
                    
                    
                       MyList(object):

                    
                    
                       3
                    
                    
                       4
                    
                    
                       5
                    
                    
                      def
                    
                    
                      __init__
                    
                    
                      (self):

                    
                    
                       6
                    
                             self.container =
                    
                       []

                    
                    
                       7
                    
                             self.current =
                    
                       0

                    
                    
                       8
                    
                    
                       9
                    
                    
                      10
                    
                    
                      def
                    
                    
                       add(self, item):

                    
                    
                      11
                    
                    
                              self.container.append(item)

                    
                    
                      12
                    
                    
                      13
                    
                    
                      14
                    
                    
                      def
                    
                    
                      __iter__
                    
                    
                      (self):

                    
                    
                      15
                    
                    
                      16
                    
                    
                      17
                    
                    
                      return
                    
                    
                       self

                    
                    
                      18
                    
                    
                      19
                    
                    
                      20
                    
                    
                      def
                    
                    
                      __next__
                    
                    
                      (self):

                    
                    
                      21
                    
                    
                      if
                    
                     self.current <
                    
                       len(self.container):

                    
                    
                      22
                    
                                 item =
                    
                       self.container[self.current]

                    
                    
                      23
                    
                                 self.current += 1

                    
                      24
                    
                    
                      return
                    
                    
                       item

                    
                    
                      25
                    
                    
                      else
                    
                    
                      :

                    
                    
                      26
                    
                    
                      raise
                    
                    
                       StopIteration

                    
                    
                      27
                    
                    
                      28
                    
                    
                      29
                    
                    
                      30
                    
                    
                      31
                    
                     my_list =
                    
                       MyList()

                    
                    
                      32
                    
                     my_list.add(1
                    
                      )

                    
                    
                      33
                    
                     my_list.add(2
                    
                      )

                    
                    
                      34
                    
                     my_list.add(3
                    
                      )

                    
                    
                      35
                    
                     my_list.add(4
                    
                      )

                    
                    
                      36
                    
                     my_list.add(5
                    
                      )

                    
                    
                      37
                    
                    
                      38
                    
                    
                      39
                    
                    
                      for
                    
                     num 
                    
                      in
                    
                    
                       my_list:

                    
                    
                      40
                    
                    
                      print
                    
                    (num)
                  

1.6?for...in...循環的本質

for item in Iterable 循環的本質就是先通過iter()函數獲取可迭代對象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的異常后循環結束。
?
迭代器的特點:
  • 節省內存
  • 惰性機制
  • 不能反復,只能向下

1.7 迭代器的應用場景

斐波那契數列

                    
                       1
                    
                    
                      class
                    
                    
                       FibIterator(object):

                    
                    
                       2
                    
                    
                      """
                    
                    
                       3
                    
                    
                              斐波那契數列

                    
                    
                       4
                    
                    
                      """
                    
                    
                       5
                    
                    
                       6
                    
                    
                      def
                    
                    
                      __init__
                    
                    
                      (self, n):

                    
                    
                       7
                    
                    
                      """
                    
                    
                       8
                    
                    
                              :param n:int, 指明生成數列的前n個數

                    
                    
                       9
                    
                    
                      """
                    
                    
                      10
                    
                             self.n =
                    
                       n

                    
                    
                      11
                    
                    
                      #
                    
                    
                       current用來保存當前生成到數列中的第幾個數了
                    
                    
                      12
                    
                             self.current =
                    
                       0

                    
                    
                      13
                    
                    
                      #
                    
                    
                       num1用來保存前前一個數,初始值為數列中的第一個數0
                    
                    
                      14
                    
                             self.num1 =
                    
                       0

                    
                    
                      15
                    
                    
                      #
                    
                    
                       num2用來保存前一個數,初始值為數列中的第二個數1
                    
                    
                      16
                    
                             self.num2 = 1

                    
                      17
                    
                    
                      18
                    
                    
                      def
                    
                    
                      __next__
                    
                    
                      (self):

                    
                    
                      19
                    
                    
                      """
                    
                    
                      20
                    
                    
                              被next()函數調用來獲取下一個數

                    
                    
                      21
                    
                    
                              :return:

                    
                    
                      22
                    
                    
                      """
                    
                    
                      23
                    
                    
                      24
                    
                    
                      if
                    
                     self.current <
                    
                       self.n:

                    
                    
                      25
                    
                                 num =
                    
                       self.num1

                    
                    
                      26
                    
                                 self.num1, self.num2 = self.num2, self.num1+
                    
                      self.num2

                    
                    
                      27
                    
                                 self.current += 1

                    
                      28
                    
                    
                      return
                    
                    
                       num

                    
                    
                      29
                    
                    
                      else
                    
                    
                      :

                    
                    
                      30
                    
                    
                      raise
                    
                    
                       StopIteration

                    
                    
                      31
                    
                    
                      32
                    
                    
                      def
                    
                    
                      __iter__
                    
                    
                      (self):

                    
                    
                      33
                    
                    
                      """
                    
                    
                      34
                    
                    
                              "迭代器的__iter__返回自身即可

                    
                    
                      35
                    
                    
                              :return:

                    
                    
                      36
                    
                    
                      """
                    
                    
                      37
                    
                    
                      return
                    
                    
                       self

                    
                    
                      38
                    
                    
                      39
                    
                    
                      40
                    
                    
                      if
                    
                    
                      __name__
                    
                     == 
                    
                      '
                    
                    
                      __main__
                    
                    
                      '
                    
                    
                      :

                    
                    
                      41
                    
                         fib = FibIterator(10
                    
                      )

                    
                    
                      42
                    
                    
                      for
                    
                     num 
                    
                      in
                    
                    
                       fib:

                    
                    
                      43
                    
                    
                      print
                    
                    (num, end=
                    
                      "
                    
                    
                      "
                    
                    )
                  

除了for循環能接收可迭代對象,list、tuple等也能接收。

                    
                      1
                    
                    
                      除了for循環能接收可迭代對象,list、tuple等也能接收。

                    
                    
                      2
                    
                    
                      3
                    
                     li = list(FibIterator(15
                    
                      ))

                    
                    
                      4
                    
                    
                      print
                    
                    
                      (li)

                    
                    
                      5
                    
                     tp = tuple(FibIterator(6
                    
                      ))

                    
                    
                      6
                    
                    
                      print
                    
                    (tp)
                  

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