【成人版python基础入门】第五章 迭代器——成为自己的“导游”

迭代器——成为自己的“导游”

在 Python 中，迭代器（Iterator）是处理集合数据的一种方式。它们允许你逐一访问集合中的元素，而不需要一次性加载所有数据。通过本文，你将了解到迭代器的基本概念，如何创建和使用自定义迭代器，以及 iter() 和 next() 函数的使用方法。迭代器就像是你的私人导游，带你走过代码的每一段旅程。

迭代器的基本概念

什么是迭代器

迭代器是一个可以记住遍历位置的对象。它的作用是按需生成数据，而不是一次性生成所有数据。这意味着在处理大量数据时，迭代器可以节省内存和提高性能。

风趣的例子

想象一下，你是一名导游，正在带领游客参观一座巨大的博物馆。博物馆里有许多展厅，每个展厅里都有许多展品。你的任务是带领游客逐一参观每个展厅的展品。

• 游客：相当于需要遍历的数据集合。
• 你：相当于迭代器，记住当前访问的展厅和展品位置。
• 逐一参观：相当于迭代过程，一次一个地访问展品。

迭代器的特点

1. 按需生成数据：迭代器在需要时生成下一个数据，而不是一次性生成所有数据。
2. 节省内存：因为数据是按需生成的，所以不需要大量内存来存储所有的数据。
3. 惰性计算：迭代器可以延迟计算，只在需要时才计算下一个值。
4. 无限序列：迭代器可以生成无限的数据序列，因为你不需要知道数据的总数。

创建自定义迭代器

定义迭代器

在 Python 中，创建自定义迭代器需要实现两个方法：__iter__ 和 __next__。

• __iter__：返回迭代器对象本身。这是为了让对象可以被 for 循环等迭代工具使用。
• __next__：返回集合中的下一个元素。当没有更多元素时，抛出 StopIteration 异常。

实际例子

假设我们有一个收藏歌曲的列表，我们想创建一个迭代器来逐一访问这些歌曲。

class SongCollection:
    def __init__(self, songs):
        self.songs = songs
        self.index = 0

    def __iter__(self):
        return self

    def __next__(self):
        if self.index < len(self.songs):
            song = self.songs[self.index]
            self.index += 1
            return song
        else:
            raise StopIteration

# 创建歌曲列表
songs = ["Bohemian Rhapsody", "Stairway to Heaven", "Hotel California"]

# 创建 SongCollection 对象
my_songs = SongCollection(songs)

# 使用 for 循环遍历歌曲
for song in my_songs:
    print(song)

运行结果

Bohemian Rhapsody
Stairway to Heaven
Hotel California

iter() 和 next() 的使用

iter() 函数

iter() 函数用于创建一个迭代器对象。它接受一个可迭代的对象（如列表、字符串、字典等）作为参数，并返回一个迭代器。

next() 函数

next() 函数用于从迭代器中获取下一个元素。如果迭代器没有更多元素，它会抛出 StopIteration 异常。

实际例子

songs = ["Bohemian Rhapsody", "Stairway to Heaven", "Hotel California"]

# 创建迭代器
song_iterator = iter(songs)

# 获取下一个元素
print(next(song_iterator))  # 输出：Bohemian Rhapsody
print(next(song_iterator))  # 输出：Stairway to Heaven
print(next(song_iterator))  # 输出：Hotel California

# 没有更多元素时会抛出 StopIteration 异常
try:
    print(next(song_iterator))
except StopIteration:
    print("没有更多歌曲了！")

运行结果

Bohemian Rhapsody
Stairway to Heaven
Hotel California
没有更多歌曲了！

代码样例：创建一个可以遍历你收藏歌曲列表的迭代器

假设你有一个收藏歌曲的列表，你想创建一个迭代器来逐一访问这些歌曲。我们不仅会实现基本的迭代功能，还会添加一些额外的“导游”功能，比如播放歌曲和显示歌曲信息。

定义歌曲类

class Song:
    def __init__(self, title, artist, duration):
        self.title = title
        self.artist = artist
        self.duration = duration

    def __str__(self):
        return f"{self.title} - {self.artist} ({self.duration}秒)"

    def play(self):
        print(f"正在播放: {self.title} - {self.artist}")

定义歌曲集合迭代器

class SongCollection:
    def __init__(self, songs):
        self.songs = songs
        self.index = 0

    def __iter__(self):
        return self

    def __next__(self):
        if self.index < len(self.songs):
            song = self.songs[self.index]
            self.index += 1
            return song
        else:
            raise StopIteration

    def display_songs(self):
        for song in self:
            print(song)

    def play_songs(self):
        for song in self:
            song.play()
            print(song)

使用歌曲集合迭代器

# 创建歌曲列表
songs = [
    Song("Bohemian Rhapsody", "Queen", 355),
    Song("Stairway to Heaven", "Led Zeppelin", 480),
    Song("Hotel California", "Eagles", 390)
]

# 创建 SongCollection 对象
my_songs = SongCollection(songs)

# 显示歌曲信息
my_songs.display_songs()

# 播放歌曲
my_songs.play_songs()

运行结果

Bohemian Rhapsody - Queen (355秒)
Stairway to Heaven - Led Zeppelin (480秒)
Hotel California - Eagles (390秒)
正在播放: Bohemian Rhapsody - Queen
Bohemian Rhapsody - Queen (355秒)
正在播放: Stairway to Heaven - Led Zeppelin
Stairway to Heaven - Led Zeppelin (480秒)
正在播放: Hotel California - Eagles
Hotel California - Eagles (390秒)

摘要

迭代器是 Python 中非常有用的概念，它允许你逐一访问集合中的元素，就像是你自己的私人导游，带你走过代码的每一段旅程。通过本文，你了解了迭代器的基本概念，如何创建和使用自定义迭代器，以及 iter() 和 next() 函数的功能和使用方法。希望本文能够帮助你更好地掌握迭代器的使用，让你的代码更加高效和优雅。