理解Python的迭代器

lyl801013

　　首先，廖雪峰老师的教程中解释了迭代器和生成器，这篇文章只是补充和我个人的总结。

什么是迭代
　　可以直接作用于for循环的对象统称为可迭代对象(Iterable)。
　　可以被next()函数调用并不断返回下一个值的对象称为迭代器(Iterator)。
　　所有的Iterable均可以通过内置函数iter()来转变为Iterator。
　　对迭代器来讲，有一个__next__()就够了。在你使用for 和 in 语句时，程序就会自动调用即将被处理的对象的迭代器对象，然后使用它的__next__()方法，直到监测到一个StopIteration异常。
　　

>>> L = [1,2,3]　　
>>> [x**2 for x in L]
　　
[1, 4, 9]
　　
>>> next(L)
　　
Traceback (most recent call last):
　　File "", line 1, in
　　
TypeError: 'list' object is not an iterator
　　
>>> I=iter(L)
　　
>>> next(I)
　　
1
　　
>>> next(I)
　　
2
　　
>>> next(I)
　　
3
　　
>>> next(I)
　　
Traceback (most recent call last):
　　File "", line 1, in
　　
StopIteration
　　

　　上面例子中，列表L可以被for进行循环但是不能被内置函数next()用来查找下一个值，所以L是Iterable。
　　L通过iter进行包装后设为I，I可以被next()用来查找下一个值，所以I是Iterator。
　　题外话：

• 内置函数iter()仅仅是调用了对象的__iter__()方法，所以list对象内部一定存在方法__iter__()　　
  
  
• 内置函数next()仅仅是调用了对象的__next__()方法，所以list对象内部一定不存在方法__next__()，但是Itrator中一定存在这个方法。　　
  
  
• 　　for循环内部事实上就是先调用iter()把Iterable变成Iterator在进行循环迭代的。
  　　
  
  >>> L = [4,5,6]　　
  >>> I = L.__iter__()
  　　
  >>> L.__next__()
  　　
  Traceback (most recent call last):
  　　File "", line 1, in
  　　
  AttributeError: 'list' object has no attribute '__next__'
  　　
  >>> I.__next__()
  　　
  4
  　　
  >>> from collections import Iterator, Iterable
  　　
  >>> isinstance(L, Iterable)
  　　
  True
  　　
  >>> isinstance(L, Iterator)
  　　
  False
  　　
  >>> isinstance(I, Iterable)
  　　
  True
  　　
  >>> isinstance(I, Iterator)
  　　
  True
  　　
  >>> [x**2 for x in I]   
  　　
  [25, 36]
  
  
• 　　Iterator继承自Iterable，从下面的测试中可以很方便的看到Iterator包含__iter__()和__next__()方法，而Iteratble仅仅包含__iter__()。
  
  

　　

>>> from collections import Iterator, Iterable　　
>>> help(Iterator)

　　
Help on>　　

　　
class Iterator(Iterable)
　　|  Method resolution order:
　　|      Iterator
　　|      Iterable
　　|      builtins.object   
　　|**注解：从这里可以看出Iterable继承自object, Iterator继承自Iterable。
　　|  Methods defined here:
　　|
　　|  __iter__(self)
　　|
　　|  __next__(self)
　　|      Return the next item from the iterator. When exhausted, raise StopIteration
　　
......
　　
>>> help(Iterable)

　　
Help on>　　

　　
class Iterable(builtins.object)
　　|  Methods defined here:
　　|
　　|  __iter__(self)
　　
......
　　

iterable需要包含有__iter__()方法用来返回iterator，而iterator需要包含有__next__()方法用来被循环
　　如果我们自己定义迭代器，只要在类里面定义一个 __iter__() 函数，用它来返回一个带 __next__() 方法的对象就够了。
　　直接上代码
　　

class Iterable:　　def __iter__(self):
　　return Iterator()
　　

　　
class Iterator:
　　def __init__(self):
　　self.start=-1
　　def __next__(self):
　　self.start +=2
　　if self.start >10:
　　raise StopIteration
　　return self.start
　　

　　
I = Iterable()
　　
for i in I:
　　print(i)
　　

　　上面的代码实现的是找到10以内的奇数，代码中的类名可以随便取，不是一定需要使用我上面提供的类名的。
　　如果在Iterator的__next__方法中没有实现StopIteration异常，那么则是表示的全部奇数，那么需要在调用的时候设置退出循环的条件。
　　

class Iterable:　　def __iter__(self):
　　return Iterator()
　　

　　
class Iterator:
　　def __init__(self):
　　self.start=-1
　　def __next__(self):
　　self.start +=2
　　return self.start
　　

　　
I = Iterable()
　　
for count, i in zip(range(5),I):    #也可以用内置函数enumerate来实现计数工作。
　　print(i)
　　

　　我们通过range来实现打印多少个元素，这里表示打印5个元素，返回结果和上面一致。
　　当然，我们可以把这两个类合并在一起，这样实现程序的简练。
　　最终版本如下
　　

class Iterable:　　def __iter__(self):
　　return self
　　def __init__(self):
　　self.start=-1
　　def __next__(self):
　　self.start +=2
　　if self.start >10:
　　raise StopIteration
　　return self.start
　　

　　
I = Iterable()
　　
for i in I:
　　print(i)
　　

复制迭代器
　　迭代器是一次性消耗品，使用完了以后就空了，请看。
　　

>>> L=[1,2,3]　　
>>> I=iter(L)
　　
>>> for i in I:
　　
...     print(i, end='-')
　　
...
　　
1-2-3-
　　
>>>next(I)
　　
Traceback (most recent call last):
　　File "", line 1, in
　　
StopIteration
　　

　　当循环以后就殆尽了，再次使用调用时会引发StopIteration异常。
　　我们想通过直接赋值的形式把迭代器保存起来，可以下次使用。
　　但是通过下面的范例可以看出来，根本不管用。
　　

>>> I=iter(L)　　
>>> J=I
　　
>>> next(I)
　　
1
　　
>>> next(J)
　　
2
　　
>>> next(I)
　　
3
　　
>>> next(J)
　　
Traceback (most recent call last):
　　File "", line 1, in
　　
StopIteration
　　

　　那怎么样才能达到我们要的效果呢？
　　我们需要使用copy包中的deepcopy了，请看下面：
　　

>>> import copy　　
>>> I=iter(L)
　　
>>> J=copy.deepcopy(I)
　　
>>> next(I)
　　
1
　　
>>> next(I)
　　
2
　　
>>> next(J)
　　
1
　　

　　补充：迭代器不能向后移动, 不能回到开始。
　　所以需要做一些特殊的事情才能实现向后移动等功能。
　　以上代码均在Python 3.4 中测试通过。
　　日志：

• 8月13日完成　　
  
  
• 8月14日添加关于Iterator, Iterable的更多解释在题外话的第4点。