Python迭代和迭代器詳解

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我們將要來學習python的重要概念迭代和迭代器，通過簡單實用的例子如列表迭代器和xrange。

可迭代

一個物件，物理或者虛擬儲存的序列。list，tuple，strins，dicttionary，set以及生成器物件都是可迭代的，整型數是不可迭代的。如果你不確定哪個可迭代哪個不可以，你需要用python內建的iter()來幫忙。

>>> iter([1,2,3])
<listiterator object at 0x026C8970>

>>> iter({1:2, 2:4})
<dictionary-keyiterator object at 0x026CC1B0>

>>> iter(1234)
Traceback (most recent call last):
  File "<pyshell#145>", line 1, in <module>
    iter(1234)
TypeError: 'int' object is not iterable

iter()為list返回了listiterator物件，為dictionary返回了dictionary-keyiterator物件。類似對其他可迭代型別也會返回迭代器物件。

iter()用在自定義的型別會怎樣呢？我們先自己定義一個String類：

class String(object):
  def __init__(self, val):
    self.val = val
  def __str__(self):
    return self.val

st = String('sample string')

那麼，st是可迭代的嗎？

>>> iter(st)

TypeError: 'String' object is not iterable

你可能會有幾個問題要問：

• 怎麼讓自定義的型別可迭代？
• iter()究竟做了些什麼？

讓我們補充String類來找找答案

class String(object):
    def __init__(self, val):
        self.val = val
    def __str__(self):
        return self.val
    def __iter__(self):
        print "This is __iter__ method of String class"
        return iter(self.val)  #self.val is python string so iter() will return it's iterator

>>> st = String('Sample String')
>>> iter(st)
This is __iter__ method of String class
<iterator object at 0x026C8150>

在String類中需要一個’__iter__’方法把String型別變成可迭代的，這就是說’iter’內部呼叫了’iterable.__iter__()’

別急，不是隻有增加’__iter()’方法這一種途徑

class String(object):
    def __init__(self, val):
        self.val = val
    def __str__(self):
        return self.val
    def __getitem__(self, index):
        return self.val[index]

>>> st = String('Sample String')
>>> iter(st)
<iterator object at 0x0273AC10>

‘itr’也會呼叫’iterable.__getitem__()’，所以我們用’__getitem__’方法讓String型別可迭代。

如果在String類中同時使用’__iter__()’和’__getitem__()’,就只有’__iter__’會起作用。

自動迭代

for迴圈會自動迭代

for x in iterable:
    print x

我們可以不用for迴圈來實現嗎？

def iterate_while(iterable):
    index = 0
    while(i< len(iterable)):
        print iterable[i]
        i +=1

這樣做對list和string是管用的，但對dictionary不會奏效，所以這絕對不是python式的迭代，也肯定不能模擬for迴圈的功能。我們先看迭代器，等下回再過頭來。

迭代器

關於迭代器先說幾條………..

• 1. 迭代器物件在迭代過程中會會產生可迭代的值，`next()`或者`__next()__`是迭代器用來產生下一個值的方法。
• 2. 它會在迭代結束後發出StopIteration異常。
• 3. `iter()`函式返回迭代器物件
• 4. 如果`iter()`函式被用在迭代器物件，它會返回物件本身

我們試一試模仿for迴圈

def simulate_for_loop(iterable):
    it = iter(iterable)
    while(True):
	try:
	    print next(it)
	except StopIteration:
	    break

>>> simulate_for_loop([23,12,34,56])
23
12
34
56

前面我們看過了iterable類，我們知道iter會返回迭代器物件。

現在我們試著理解迭代器類的設計。

class Iterator:
    def __init__(self, iterable)
        self.iterable = iterable
    .
    .
    def __iter__(self):  #iter should return self if called on iterator
        return self
    def next(self):  #Use __next__() in python 3.x
        if condition: #it should raise StopIteration exception if no next element is left to return
            raise StopIteration

我們學了夠多的迭代和迭代器，在python程式中不會用到比這更深的了。

但是為了學習的目的我們就到這兒。。。。

列表迭代器

你可能會在面試中寫這個，所以打起精神來注意了

class list_iter(object):
    def __init__(self, list_data):
        self.list_data = list_data
        self.index = 0
    def __iter__(self):
        return self
    def next(self):   #Use __next__ in python 3.x
        if self.index < len(self.list_data):
            val = self.list_data[self.index]
            self.index += 1 
            return val
        else:
            raise StopIteration()

我們來用`list_iter`自己定義一個列表迭代器

class List(object):
    def __init__(self, val):
        self.val = val
    def __iter__(self):
        return list_iter(self.val)

>>> ls = List([1,2,34])
>>> it = iter(ls)
>>> next(it)
1
>>> next(it)
2
>>> next(it)
34
>>> next(it)

Traceback (most recent call last):
  File "<pyshell#254>", line 1, in <module>
    next(it)
  File "<pyshell#228>", line 13, in next
    raise StopIteration()
StopIteration

xrange

從一個問題開始——xrange是迭代還是迭代器？

我們來看看

>>> x = xrange(10)
>>> type(x)
<type 'xrange'>

幾個關鍵點：

• 1. `iter(xrange(num))`應該被支援
• 2. 如果`iter(xrange(num))`返回同樣的物件（xrange型別）那xrange就是迭代器
• 3. 如果`iter(xrange(num))`返回一個迭代器物件那xrange就是迭代

>>> iter(xrange(10))
<rangeiterator object at 0x0264EFE0>

它返回了rangeiterator，所以我們完全可以叫它迭代器。

讓我們用最少的xrange函式實現自己的xrange

xrange_iterator

class xrange_iter(object):
    def __init__(self, num):
        self.num = num
        self.start = 0
    def __iter__(self):
        return self
    def next(self):
        if self.start < self.num:
            val = self.start
            self.start += 1
            return val
        else:
            raise StopIteration()

my xrange

class my_xrange(object):
    def __init__(self, num):
        self.num = num
    def __iter__(self):
        return xrange_iter(self.num)

>>> for x in my_xrange(10):
	print x,

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