for循环是怎么工作的
for...in
是Python程序员使用最多的语句,for 循环用于迭代容器对象中的元素,这些对象可以是列表、元组、字典、集合、文件,甚至可以是自定义类或者函数,例如:
作用于列表
>>> for elem in [1,2,3]:
... print(elem)
...
1
2
3
作用于元组
>>> for i in ("zhang", "san", 30):
... print(i)
...
zhang
san
30
作用于字符串
>>> for c in "abc":
... print(c)
...
a
b
c
作用于集合
>>> for i in {"a","b","c"}:
... print(i)
...
b
a
c
作用于字典
>>> for k in {"age":10, "name":"wang"}:
... print(k)
...
age
name
作用于文件
>>> for line in open("requirement.txt"):
... print(line, end="")
...
Fabric==1.12.0
Markdown==2.6.7
可能有人不经要问,为什么这么多不同类型对象都支持 for 语句,还有哪些类型的对象可以作用在 for 语句中呢?回答这个问题之前,我们先要了解 for 循环背后的执行原理。
for 循环是对容器进行迭代的过程,什么是迭代?迭代就是从某个容器对象中逐个地读取元素,直到容器中没有更多元素为止。那么,哪些对象支持迭代操作?任何对象都可以吗?先随便自定义一个类试试,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
错误堆栈日志非常清楚地告诉我们,MyRange 不是一个可迭代对象,所以它不能用于迭代,到底什么样的对象才称得上是可迭代对象(iterable)呢?
可迭代对象需要实现__iter__
方法,并返回一个迭代器,迭代器(Iterator)只需要实现 __next__
方法。现在我们就来验证一下列表为什么支持迭代:
>>> x = [1,2,3]
>>> its = x.__iter__() # x有此方法,说明列表是可迭代对象
>>> its
<list_iterator object at 0x100f32198>
>>> its.__next__() # its有此方法,说明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
从试验结果来看,列表是一个可迭代对象,因为它实现了 __iter__
方法,并且返回了一个迭代器对象(list_iterator),因为它实现了 __next__
方法。我们看到它不断地调用__next__方法,其实就是不断地迭代获取容器中的元素,直到容器中没有更多元素抛出 StopIteration 异常为止。
那么 for 语句又是如何循环的呢?到这里,恐怕你也猜到了,它的步骤是:
-
先判断对象是否为可迭代对象,不是的话直接报错,抛出TypeError异常,是的话,调用
__iter__
方法,返回一个迭代器 -
不断地调用迭代器的
__next__
方法,每次按序返回迭代器中的一个值 -
迭代到最后,没有更多元素了,就抛出异常 StopIteration,这个异常 python 自己会处理,不会暴露给开发者
对于元组,字典,字符串也是同样的道理,弄明白了 for 的执行原理之后,我们就可以实现自己的迭代器用在 for 循环中。
前面的 MyRange 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 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:
# 达到某个条件时必须抛出此异常,否则会无止境地迭代下去
raise StopIteration()
因为它实现了__next__
方法,所以 MyRange 本身已经是一个迭代器了,所以 __iter__
返回的就是对象本身 self。现在用在 for 循环中试试:
for i in MyRange(3):
print(i)
# 输出
1
2
3
你会发现 MyRange
功能和内建函数 range
很相似。for 循环本质是不断地调用迭代器的__next__
方法,直到出现 StopIteration 异常退出循环。所以任何可迭代对象都可以作用在for循环中。