Python-for循环的内部机制

脚本专栏 2024/11/8 佚名

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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。

总结

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