python进阶（10）迭代器

迭代器

迭代是访问集合元素的一种方式。迭代器是一个能够记住遍历的位置的对象。迭代器对象从集合的第一个元素开始访问，直到全部的元素被访问完结束。迭代器只能往前不会后退。
 

可迭代对象

咱们已经知道能够对list、tuple、str等类型的数据使用for...in...的循环语法从其中依次拿到数据进行使用，咱们把这样的过程称为遍历，也叫迭代。
 

可是，是否全部的数据类型均可以放到for...in...的语句中，而后让for...in...每次从中取出一条数据供咱们使用，即供咱们迭代吗？

for i in 100:
    print(i)
>>> TypeError: 'int' object is not iterable

以上咱们能够看出，int整型不是iterable，即int整型是不能够迭代的
 

接下来，咱们自定义一个容器MyList用来存放数据，能够经过add方法向其中添加数据

>>> class Mylist(object):
	def __init__(self):
		self.container = list()
	def add(self, item):
		self.container.append(item)

>>> mylist = Mylist()
>>> mylist.add(1)
>>> mylist.add(2)
>>> mylist.add(3)
>>> for num in mylist:
	print(num)

Traceback (most recent call last):
  File "<pyshell#13>", line 1, in <module>
    for num in mylist:
TypeError: 'Mylist' object is not iterable
# MyList容器的对象也是不能迭代的
>>>

咱们自定义了一个容器类型MyList，在将一个存放了多个数据的MyList对象放到for...in...语句中，发现for...in...并不能从中依次取出一条数据返回给咱们，也就是说咱们随便封装了一个能够存放多条数据的类型并不能被迭代使用。
 
咱们把能够经过for...in...这类语句迭代读取一条数据供咱们使用的对象称之为可迭代对象（Iterable）
 

如何判断一个对象是否能够迭代

可使用 isinstance() 判断一个对象是不是 Iterable 对象：

>>> from collections.abc import Iterable
>>> isinstance([], Iterable)
True
>>> isinstance({}, Iterable)
True
>>> isinstance('abc', Iterable)
True
>>> isinstance(mylist, Iterable)
False
>>> isinstance(100, Iterable)
False

 

可迭代对象的本质

咱们分析对可迭代对象进行迭代使用的过程，发现每迭代一次（即在for...in...中每循环一次）都会返回对象中的下一条数据，一直向后读取数据直到迭代了全部数据后结束。那么，在这个过程当中就应该有一个“人”去记录每次访问到了第几条数据，以便每次迭代均可以返回下一条数据。咱们把这个能帮助咱们进行数据迭代的“人”称为迭代器(Iterator)。
 

可迭代对象的本质就是能够向咱们提供一个这样的中间“人”即迭代器帮助咱们对其进行迭代遍历使用。
 

可迭代对象经过__iter__方法向咱们提供一个迭代器，咱们在迭代一个可迭代对象的时候，实际上就是先获取该对象提供的一个迭代器，而后经过这个迭代器来依次获取对象中的每个数据.
 

简单来讲，一个具有了__iter__方法的对象，就是一个可迭代对象。

>>> class MyList(object):
...     def __init__(self):
...             self.container = []
...     def add(self, item):
...             self.container.append(item)
...     def __iter__(self):
...             """返回一个迭代器"""
...             # 咱们暂时忽略如何构造一个迭代器对象
...             pass
...
>>> mylist = MyList()
>>> from collections import Iterable
>>> isinstance(mylist, Iterable)
True
>>>
# 这回测试发现添加了__iter__方法的mylist对象已是一个可迭代对象了

 

iter()函数与next()函数

list、tuple、str、set、dict都是可迭代对象，咱们能够经过iter()函数获取这些可迭代对象的迭代器。而后咱们能够对获取到的迭代器不断使用next()函数来获取下一条数据。iter()函数实际上就是调用了可迭代对象的__iter__方法。

>>> li = [11, 22, 33, 44, 55]
>>> li_iter = iter(li)
>>> next(li_iter)
11
>>> next(li_iter)
22
>>> next(li_iter)
33
>>> next(li_iter)
44
>>> next(li_iter)
55
>>> next(li_iter)
Traceback (most recent call last):
  File "<stdin>", line 1, in <module>
StopIteration
>>>

注意，当咱们已经迭代完最后一个数据以后，再次调用next()函数会抛出StopIteration的异常，来告诉咱们全部数据都已迭代完成，不用再执行next()函数了。
 

如何判断一个对象是不是迭代器

可使用 isinstance() 判断一个对象是不是 Iterator 对象

>>> from collections import Iterator
>>> isinstance([], Iterator)
False
>>> isinstance(iter([]), Iterator)
True
>>> isinstance(iter("abc"), Iterator)
True

 

迭代器Iterator

经过上面的分析，咱们已经知道，迭代器是用来帮助咱们记录每次迭代访问到的位置，当咱们对迭代器使用next()函数的时候，迭代器会向咱们返回它所记录位置的下一个位置的数据。实际上，在使用next()函数的时候，调用的就是迭代器对象的__next__方法（Python3中是对象的__next__方法，Python2中是对象的next()方法）。因此，咱们要想构造一个迭代器，就要实现它的__next__方法。但这还不够，python要求迭代器自己也是可迭代的，因此咱们还要为迭代器实现__iter__方法，而__iter__方法要返回一个迭代器，迭代器自身正是一个迭代器，因此迭代器的__iter__方法返回自身便可。
 

一个实现了__iter__方法和__next__方法的对象，就是迭代器。

class MyList(object):
    """自定义的一个可迭代对象"""
    def __init__(self):
        self.items = []

    def add(self, val):
        self.items.append(val)

    def __iter__(self):
        myiterator = MyIterator(self)
        return myiterator


class MyIterator(object):
    """自定义的供上面可迭代对象使用的一个迭代器"""
    def __init__(self, mylist):
        self.mylist = mylist
        # current用来记录当前访问到的位置
        self.current = 0

    def __next__(self):
        if self.current < len(self.mylist.items):
            item = self.mylist.items[self.current]
            self.current += 1
            return item
        else:
            raise StopIteration

    def __iter__(self):
        return self


if __name__ == '__main__':
    mylist = MyList()
    mylist.add(1)
    mylist.add(2)
    mylist.add(3)
    mylist.add(4)
    mylist.add(5)
    for num in mylist:
        print(num)

 

for...in...循环的本质

for item in Iterable 循环的本质就是先经过iter()函数获取可迭代对象Iterable的迭代器，而后对获取到的迭代器不断调用next()方法来获取下一个值并将其赋值给item，当遇到StopIteration的异常后循环结束。
 

迭代器的应用场景

咱们发现迭代器最核心的功能就是能够经过next()函数的调用来返回下一个数据值。若是每次返回的数据值不是在一个已有的数据集合中读取的，而是经过程序按照必定的规律计算生成的，那么也就意味着能够不用再依赖一个已有的数据集合，也就是说不用再将全部要迭代的数据都一次性缓存下来供后续依次读取，这样能够节省大量的存储（内存）空间。
 

举个例子，好比，数学中有个著名的斐波拉契数列（Fibonacci），数列中第一个数为0，第二个数为1，其后的每个数均可由前两个数相加获得：

0, 1, 1, 2, 3, 5, 8, 13, 21, 34, ...

如今咱们想要经过for...in...循环来遍历迭代斐波那契数列中的前n个数。那么这个斐波那契数列咱们就能够用迭代器来实现，每次迭代都经过数学计算来生成下一个数。

class FibIterator(object):
    """斐波那契数列迭代器"""
    def __init__(self, n):
        """
        :param n: int, 指明生成数列的前n个数
        """
        self.n = n
        # current用来保存当前生成到数列中的第几个数了
        self.current = 0
        # num1用来保存前前一个数，初始值为数列中的第一个数0
        self.num1 = 0
        # num2用来保存前一个数，初始值为数列中的第二个数1
        self.num2 = 1

    def __next__(self):
        """被next()函数调用来获取下一个数"""
        if self.current < self.n:
            num = self.num1
            self.num1, self.num2 = self.num2, self.num1+self.num2
            self.current += 1
            return num
        else:
            raise StopIteration

    def __iter__(self):
        """迭代器的__iter__返回自身便可"""
        return self


if __name__ == '__main__':
    fib = FibIterator(10)
    for num in fib:
        print(num, end=" ")

 

并非只有for循环能接收可迭代对象

除了for循环能接收可迭代对象，list、tuple等也能接收。

li = list(FibIterator(15))
print(li)
tp = tuple(FibIterator(6))
print(tp)

分析：list()，先生成一个空列表，调用可迭代对象，经过可迭代对象调用iter方法生成迭代器，经过迭代器调用next方法来获取一条数据，直到产生StopIteration异常，中止