Python教程:迭代器的正確使用方法
迭代器是可以迭代的物件。 在本教程中,您將瞭解迭代器的工作原理,以及如何使用__iter__
和__next__
方法構建自己的迭代器。
迭代器在Python中無處不在。 它們優雅地實現在迴圈,推導,生成器等中,但隱藏在明顯的視覺中。
Python中的迭代器只是一個可以迭代的物件。一個將一次返回資料的物件或一個元素。
從技術上講,Python迭代器物件必須實現兩個特殊的方法__iter__()
和__next__()
,統稱為迭代器協議。
如果我們從中獲取一個迭代器,那麼一個物件被稱為iterable。 大多數Python中的內建容器是列表,元組,字串等都是可迭代的。
iter()函式(這又呼叫__iter__()
通過Python中的迭代器迭代
使用next()函式來手動遍歷迭代器的所有專案。當到達結束,沒有更多的資料要返回時,它將會引發StopIteration。 以下是一個例子。
# define a list my_list = [4, 7, 0, 3] # get an iterator using iter() my_iter = iter(my_list) ## iterate through it using next() #prints 4 print(next(my_iter)) #prints 7 print(next(my_iter)) ## next(obj) is same as obj.__next__() #prints 0 print(my_iter.__next__()) #prints 3 print(my_iter.__next__()) ## This will raise error, no items left next(my_iter)
更優雅的自動迭代方式是使用for迴圈。 使用for迴圈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)
...
3
迴圈如何實際工作?
在上面的例子中看到的,for迴圈能夠自動通過列表迭代。
事實上,for迴圈可以迭代任何可迭代物件。我們來仔細看一下在Python中是如何實現for迴圈的。
for element in iterable:
# do something with element
實際上它是以類似下面的方式來實現的 -
# create an iterator object from that iterable
iter_obj = iter(iterable)
# infinite loop
while True:
try:
# get the next item
element = next(iter_obj)
# do something with element
except StopIteration:
# if StopIteration is raised, break from loop
break
所以在for的內部,for迴圈通過在可迭代的物件上呼叫iter()來建立一個迭代器物件iter_obj
。
有意思的是,這個for迴圈實際上是一個無限迴圈。
在迴圈中,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。 在所有物件耗盡後,引發StopIteration異常,內部被捕獲從而結束迴圈。請注意,任何其他型別的異常都將正常通過。
在Python中構建自己的Iterator
構建迭代器在Python中很容易。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個專案(資料物件)。 在到達結束後,並在隨後的呼叫中它必須引發StopIteration異常。
在這裡,我們展示一個例子,在每次迭代中給出下一個2的幾次方。 次冪指數從零開始到使用者設定的數字。
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
現在可以建立一個迭代器,並通過它迭代如下
>>> a = PowTwo(4)
>>> i = iter(a)
>>> next(i)
>>> next(i)
>>> next(i)
>>> next(i)
>>> next(i)
>>> next(i)
Traceback (most recent call last):
...
StopIteration
也可以使用for迴圈迭代那些迭代器類。
>>> for i in PowTwo(5):
... print(i)
...
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Python無限迭代器
迭代器物件中的專案不必都是可耗盡的,可以是無限迭代器(永遠不會結束)。 處理這樣的迭代器時一定要小心。
下面是用來演示無限迭代器的一個簡單的例子。
內建的函式iter()可以用兩個引數來呼叫,其中第一個引數必須是可呼叫物件(函式),而第二個引數是標頭。迭代器呼叫此函式,直到返回的值等於指定值。
>>> int()
>>> inf = iter(int,1)
>>> next(inf)
>>> next(inf)
可以看到,int()函式總是返回0,所以將它作為iter(int,1)傳遞將返回一個呼叫int()的迭代器,直到返回值等於1。這從來沒有發生,所以這樣就得到一個無限迭代器。
我們也可以建立自己的無限迭代器。 以下迭代器理論上將返回所有奇數。
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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
示例執行如下
>>> a = iter(InfIter())
>>> next(a)
>>> next(a)
>>> next(a)
>>> next(a)
當迭代這些型別的無限迭代器時,請注意指定終止條件。
使用迭代器的優點是它們可以節省資源。 如上所示,我們可以獲得所有奇數,而不將整個系統儲存在記憶體中。理論上,可以在有限的記憶體中計算有無限的專案。