詳解Python中for循環(huán)是如何工作的
前言
for...in 是Python程序員使用最多的語句,for 循環(huán)用于迭代容器對象中的元素,這些對象可以是列表、元組、字典、集合、文件,甚至可以是自定義類或者函數(shù),例如:
作用于列表
>>> for elem in [1,2,3]: ... print(elem) ... 1 2 3
作用于元組
>>> for i in ("zhang", "san", 30): ... print(i) ... zhang san 30
作用于字符串
>>> for c in "abc": ... print(c) ... a b c
作用于集合
>>> for i in {"a","b","c"}: ... print(i) ... b a c
作用于字典
>>> for k in {"age":10, "name":"wang"}: ... print(k) ... age name
作用于文件
>>> for line in open("requirement.txt"): ... print(line, end="") ... Fabric==1.12.0 Markdown==2.6.7
可能有人不經(jīng)要問,為什么這么多不同類型對象都支持 for 語句,還有哪些類型的對象可以作用在 for 語句中呢?回答這個問題之前,我們先要了解 for 循環(huán)背后的執(zhí)行原理。
for 循環(huán)是對容器進(jìn)行迭代的過程,什么是迭代?迭代就是從某個容器對象中逐個地讀取元素,直到容器中沒有更多元素為止。那么,哪些對象支持迭代操作?任何對象都可以嗎?先隨便自定義一個類試試,看行不行:
>>> class MyRange: ... def __init__(self, num): ... self.num = num ... >>> for i in MyRange(10): ... print(i) ... Traceback (most recent call last): File "<stdin>", line 1, in <module> TypeError: 'MyRange' object is not iterable
錯誤堆棧日志非常清楚地告訴我們,MyRange 不是一個可迭代對象,所以它不能用于迭代,那么到底什么樣的對象才稱得上是可迭代對象(iterable)呢?
可迭代對象需要實現(xiàn)__iter__方法,并返回一個迭代器,什么是迭代器呢?迭代器只需要實現(xiàn) __next__方法?,F(xiàn)在我們就來驗證一下列表為什么支持迭代:
>>> x = [1,2,3] >>> its = x.__iter__() # x有此方法,說明列表是可迭代對象 >>> its <list_iterator object at 0x100f32198> >>> its.__next__() # its有此方法,說明its是迭代器 1 >>> its.__next__() 2 >>> its.__next__() 3 >>> its.__next__() Traceback (most recent call last): File "<stdin>", line 1, in <module> StopIteration
從試驗結(jié)果來看,列表是一個可迭代對象,因為它實現(xiàn)了 __iter__方法,并且返回了一個迭代器對象(list_iterator),因為它實現(xiàn)了 __next__方法。我們看到它不斷地調(diào)用__next__方法,其實就是不斷地迭代獲取容器中的元素,直到容器中沒有更多元素拋出 StopIteration 異常為止。
那么 for 語句又是如何循環(huán)的呢?到這里,恐怕你也猜到了,它的步驟是:
- 先判斷對象是否為可迭代對象,不是的話直接報錯,拋出TypeError異常,是的話,調(diào)用 __iter__方法,返回一個迭代器
- 不斷地調(diào)用迭代器的__next__方法,每次按序返回迭代器中的一個值
- 迭代到最后,沒有更多元素了,就拋出異常 StopIteration,這個異常 python 自己會處理,不會暴露給開發(fā)者
對于元組,字典,字符串也是同樣的道理,弄明白了 for 的執(zhí)行原理之后,我們就可以實現(xiàn)自己的迭代器用在 for 循環(huán)中。
前面的 MyRange 報錯是因為它沒有實現(xiàn)迭代器協(xié)議里面的這兩個方法,現(xiàn)在繼續(xù)改進(jìn):
class MyRange: def __init__(self, num): self.i = 0 self.num = num def __iter__(self): return self def __next__(self): if self.i < self.num: i = self.i self.i += 1 return i else: # 達(dá)到某個條件時必須拋出此異常,否則會無止境地迭代下去 raise StopIteration()
因為它實現(xiàn)了__next__方法,所以 MyRange 本身已經(jīng)是一個迭代器了,所以 __iter__返回的就是對象本身 self?,F(xiàn)在用在 for 循環(huán)中試試:
for i in MyRange(3): print(i) # 輸出 0 1 2
有沒有發(fā)現(xiàn),自定義的 MyRange 功能和內(nèi)建函數(shù) range很相似。for 循環(huán)本質(zhì)是不斷地調(diào)用迭代器的__next__方法,直到有 StopIteration 異常為止,所以任何可迭代對象都可以作用在for循環(huán)中。
總結(jié)
以上就是這篇文章的全部內(nèi)容了,希望本文的內(nèi)容對大家的學(xué)習(xí)或者工作能帶來一定的幫助,如果有疑問大家可以留言交流,謝謝大家對腳本之家的支持。
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