Python中可迭代物件、迭代器以及iter()函式的兩個用法詳解

MHyourh發表於2020-11-24

在Python中,有這兩個概念容易讓人混淆。第一個是可迭代物件(Iterable),第二個是迭代器(Iterator),第三個是生成器(Generator),這裡暫且不談生成器。

可迭代物件

列表、元組、字串、字典等都是可迭代物件,可以使用for迴圈遍歷出所有元素的都可以稱為可迭代物件(Iterable)。在Python的內建資料結構中定義了Iterable這個類,在collections.abc模組中,我們可以用這個來檢測是否為可迭代物件

>>> from collections import Iterable
>>> a = [1,2,3]
>>> isinstance(a, Iterable)
>>> True
>>> b = 'abcd'
>>> isinstance(b, Iterable)
>>> True

這些資料結構之所以能稱之為Iterable,是因為其內部實現了__iter__()方法,從而可迭代。當我們使用for迴圈時,直譯器會呼叫內建的iter()函式,呼叫前首先會檢查物件是否實現了__iter__()方法,如果有就呼叫它獲取一個迭代器(接下來會講)。加入沒有__iter__()方法,但是實現了__getitem__()方法,直譯器會建立一個迭代器並且按順序獲取元素。如果這兩個方法都沒有找到,就會丟擲TypeError異常。下面我們自定義物件,分別實現這兩個方法(getitem(), iter())

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class MyObj:
    def __init__(self, iterable):
        self._iterable = list(iterable)

    def __getitem__(self, item):
        return self._iterable[item]


obj = MyObj([1,2,3])
for i in obj:
    print(i)

如上所示,這裡沒有實現__iter__方法,只實現了__getitem__方法,也使得Myobj稱為可迭代物件。
下面我們實現__iter__方法,這裡使用了yield語法用來產出值(這裡需要生成器的知識)

class MyObj:
    def __init__(self, iterable):
        self._iterable = list(iterable)

    def __iter__(self):
        index = 0
        while True:
            try:
                yield self._iterable[index]
            except IndexError:
                break
            index += 1

obj = MyObj([1,2,3])
for i in obj:
    print(i)

這裡同樣讓物件稱為可迭代物件。

迭代器

迭代器是一個可以記住遍歷的位置的物件。
迭代器物件從集合的第一個元素開始訪問,直到所有的元素被訪問完結束。迭代器只能往前不會後退。
在這裡插入圖片描述如上圖所示,迭代器(Iterator)繼承可迭代(Iterable),迭代器必須實現__iter__方法和__next__方法。其中__next__方法用於產出下一個元素。

由繼承圖可見,迭代器一定是可迭代物件,可迭代物件不一定是迭代器

迭代器有兩個基本的方法:iter() 和 next()。

我們使用iter(iterable)即可把可迭代物件轉換成迭代器
使用next(iterator)來獲取迭代器的下一個值

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>>> a = [3,4,5]
>>> a
>>> [3, 4, 5]
>>> iter(a)
>>> <list_iterator object at 0x10b130ba8>
>>> iterator = iter(a)
>>> next(iterator)
>>> 3
>>> next(iterator)
>>> 4
>>> next(iterator)
>>> 5
>>> next(iterator)
Traceback (most recent call last):
  File "<input>", line 1, in <module>
StopIteration

如上所示,因為物件實現了__next__方法,我們可以通過next(iterator)來獲取迭代器的下一個值,直到沒有值了,丟擲StopIteration異常結束。

迭代器的背後

迭代器Iterator是一個抽象基類,它定義在_collections_abc.py

Iterator原始碼如下

class Iterator(Iterable):

    __slots__ = ()

    @abstractmethod
    def __next__(self):
        'Return the next item from the iterator. When exhausted, raise StopIteration'
        raise StopIteration

    def __iter__(self):
        return self

    @classmethod
    def __subclasshook__(cls, C):
        if cls is Iterator:
            return _check_methods(C, '__iter__', '__next__')
        return NotImplemented

可以看到,它實現了__subclasshook__方法,即不用顯式繼承Iterator,只需要實現__iter____next__方法即可稱為Iterator的虛擬子類。這裡凸現了Python的鴨子型別,實現特定的“協議”即可擁有某種行為。

另外,它自己也定義了__iter__方法,當我們使用iter(Iterator)時直接返回自己,不做任何處理。

iter()函式的兩個用法

官方文件中給出了說明:

iter(iterable) -> iterator
iter(callable, sentinel) -> iterator

Get an iterator from an object.  In the first form, the argument must
supply its own iterator, or be a sequence.
In the second form, the callable is called until it returns the sentinel.

第一個用法:iter(iterable) -> iterator (把可迭代物件轉換為迭代器)
第二個用法:iter(callable, sentinel) -> iterator (第一個引數:任何可呼叫物件,可以是函式,第二個是標記值,當可呼叫物件返回這個值時,迭代器丟擲StopIteration異常,而不產出標記值)

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>>> from random import choice
>>> values = [1,2,3,4,5,6,7]
>>> def test_iter():
>>>     return choice(values)
>>> it = iter(test_iter, 2)
>>> it
>>> <callable_iterator object at 0x10b130b00>
>>> for i in it:
>>>     print(i)
>>> 7
>>> 1
>>> 7
>>> 3
>>> 1

上面程式碼的流程:test_iter函式從values列表中隨機挑選一個值並返回,呼叫iter(callable, sentinel)函式,把sentinel標記值設定為2,返回一個callable_iterator例項,遍歷這個特殊的迭代器,如果函式返回標記值2,直接丟擲異常退出程式。這就是iter函式的鮮為人知的另一個用法。

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