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for循環(huán)在Python中的工作原理詳細(xì)

 更新時(shí)間:2021年10月07日 12:51:29   作者:劉志軍  
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),下面小編將舉例說明,需要的朋友可以參考下

例如:

作用于列表

>>> for elem in [1,2,3]:
...     print(elem)
...
1
2
3

作用于字符串

>>> for c in "abc":
...     print(c)
...
a
b
c

作用于字典

>>> for k in {"age":10, "name":"wang"}:
...     print(k)
...
age
name

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(gè)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(gè)容器對象中逐個(gè)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(gè)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(cuò)誤堆棧日志非常清楚地告訴我們,MyRange 不是一個(gè)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(shí)現(xiàn)__iter__方法,并返回一個(gè)迭代器,什么是迭代器呢?迭代器只需要實(shí)現(xiàn) __next__方法。現(xiàn)在我們就來驗(yàn)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(yàn)結(jié)果來看,列表是一個(gè)可迭代對象,因?yàn)樗鼘?shí)現(xiàn)了 __iter__方法,并且返回了一個(gè)迭代器對象(list_iterator),因?yàn)樗鼘?shí)現(xiàn)了 __next__方法。我們看到它不斷地調(diào)用__next__方法,其實(shí)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(bào)錯(cuò),拋出TypeError異常,是的話,調(diào)用 __iter__方法,返回一個(gè)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(gè)值
  • 迭代到最后,沒有更多元素了,就拋出異常 StopIteration,這個(gè)異常 python 自己會(huì)處理,不會(huì)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(shí)現(xiàn)自己的迭代器用在 for 循環(huán)中。

前面的 MyRange 報(bào)錯(cuò)是因?yàn)樗鼪]有實(shí)現(xiàn)迭代器協(xié)議里面的這兩個(gè)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(gè)條件時(shí)必須拋出此異常,否則會(huì)無止境地迭代下去
            raise StopIteration()

因?yàn)樗鼘?shí)現(xiàn)了__next__方法,所以 MyRange 本身已經(jīng)是一個(gè)迭代器了,所以 __iter__返回的就是對象本身 self。現(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。

到此這篇關(guān)于for循環(huán)在Python中的工作原理詳細(xì)的文章就介紹到這了,更多相關(guān)for循環(huán)在Python中的工作原理內(nèi)容請搜索腳本之家以前的文章或繼續(xù)瀏覽下面的相關(guān)文章希望大家以后多多支持腳本之家!

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