Python 迭代器

1. 什么是迭代？

在 Python 中，迭代（iteration）是指通过循环逐一访问数据集合（如列表、元组、字符串、字典等）中的每一个元素的过程。Python 中的迭代通常与 for 循环 或 while 循环 结合使用。

示例：

numbers = [1, 2, 3, 4, 5]
for number in numbers:
    print(number)

在这个例子中，for 循环迭代 numbers 列表，并打印每个元素。迭代是 Python 中处理序列数据的基础。

2. 可迭代对象

可迭代对象是任何可以被迭代的 Python 对象。换句话说，它是可以被 for 循环遍历的对象。Python 中的可迭代对象包括：

• 列表（list）
• 元组（tuple）
• 字符串（str）
• 字典（dict）
• 集合（set）
• 文件对象
• 以及其他实现了 __iter__ 方法的对象（关于什么是类、对象，后续教程会详细说明）

示例：

text = "Hello"
for char in text:
    print(char)

这里，字符串 text 是一个可迭代对象，我们可以迭代它的每个字符。可迭代对象通过 iter() 函数返回一个迭代器。

3. 迭代器

迭代器是一个表示数据流的对象（关于什么是类、对象，后续教程会详细说明）。它实现了两个方法：

1. __iter__()：返回迭代器对象本身。
2. __next__()：返回数据流中的下一个元素。当没有更多元素时，抛出 StopIteration 异常。

迭代器可以用来遍历可迭代对象。for 循环在内部就是通过迭代器实现的。

示例：

numbers = [1, 2, 3]
iter_obj = iter(numbers)  # 获取迭代器
print(next(iter_obj))     # 输出: 1
print(next(iter_obj))     # 输出: 2
print(next(iter_obj))     # 输出: 3

在这个例子中，iter() 函数从列表 numbers 获取一个迭代器对象 iter_obj，然后使用 next() 函数逐个获取元素。

4. 生成器

生成器算得上是 Python 语言中最吸引人的特性之一，它不需要再像上面的类一样写__iter__()和__next__()方法了，只需要一个yiled关键字。

生成器是一种特殊的迭代器，它通过 yield 关键字以延迟计算的方式返回值而不是 return 返回值。主要：延迟计算是在迭代它的时候才计算，而像列表、元组这些是直接保存在内存中的。

生成器有两种实现方法：生成器函数、生成器表达式

生成器函数

当函数通过 yield 关键字返回数据时，这个函数就叫生成器函数，当调用它时返回一个生成器对象。

示例：

def my_generator():
    i = 0
    while i != 10:
        yield i
        i += 1

gen = my_generator()
for d in gen:
    print(d)
# 输出 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9

在这个例子中，my_generator 函数通过 yield 生成10个值。生成器对象 gen 可以像迭代器一样使用。

my_generator，生成器函数的运行分析：

• 第一次运行到 while 循环，判断 i != 0 ，返回 i，在 for 循环里面获得 i 的值赋值给 d 并打印。
• 继续返回到函数里面，计算 i += 1, 判断 while 循环 i != 10， 返回 i，在 for 循环里面获得 i 的值赋值给 d 并打印。
• 一直这样下去，直到 while 循环判断为 False，最后完成迭代。

生成器表达式

生成器表达式是创建生成器的另一种方式，类似于列表推导式，但使用 圆括号。

示例：

gen_expr = (x * x for x in range(3))
print(next(gen_expr))  # 输出: 0
print(next(gen_expr))  # 输出: 1
print(next(gen_expr))  # 输出: 4

生成器表达式在需要时计算值，非常适合节省内存。

5. 它们之间的关系

• 迭代：是遍历数据集合的过程，通过 for 循环或 next() 访问元素的过程。
• 可迭代对象：是可以被迭代的对象，实现了 __iter__ 方法，返回一个迭代器。
• 迭代器：控制迭代过程，实现了 __iter__ 和 __next__ 方法，用于遍历数据。
• 生成器：是高效的迭代器，使用 yield 创建的迭代器，适用于动态生成值。