Python中range函數的基本用法完全解讀
前言
迭代器是 23 種設計模式中最常用的一種（之一），在 Python 中隨處可見它的身影，我們經常用到它，但是卻不一定意識到它的存在。在關於迭代器的系列文章中（鏈接見文末），我至少提到瞭 23 種生成迭代器的方法。有些方法是專門用於生成迭代器的，還有一些方法則是為瞭解決別的問題而“暗中”使用到迭代器。
在系統學習迭代器之前，我一直以為 range() 方法也是用於生成迭代器的，現在卻突然發現，它生成的隻是可迭代對象，而並不是迭代器！ （PS：Python2 中 range() 生成的是列表，本文基於Python3，生成的是可迭代對象）
於是，我有瞭這樣的疑問：為什麼 range() 不生成迭代器呢？在查找答案的過程中，我發現自己對 range 類型的認識存在一些誤區。因此，本文將和大傢全面地認識一下 range ，期待與你共同學習進步。
1、range() 是什麼？
它的語法：range(start, stop [,step]) ；start 指的是計數起始值，默認是 0；stop 指的是計數結束值，但不包括 stop ；step 是步長，默認為 1，不可以為 0 。range() 方法生成一段左閉右開的整數范圍。
>>> a = range(5) # 即 range(0,5) >>> a range(0, 5) >>> len(a) 5 >>> for x in a: >>> print(x,end=" ") 0 1 2 3 4
對於 range() 函數，有幾個註意點：（1）它表示的是左閉右開區間；（2）它接收的參數必須是整數，可以是負數，但不能是浮點數等其它類型；（3）它是不可變的序列類型，可以進行判斷元素、查找元素、切片等操作，但不能修改元素；（4）它是可迭代對象，卻不是迭代器。
# （1）左閉右開 >>> for i in range(3, 6): >>> print(i,end=" ") 3 4 5 # （2）參數類型 >>> for i in range(-8, -2, 2): >>> print(i,end=" ") -8 -6 -4 >>> range(2.2) ---------------------------- TypeError Traceback (most recent call last) ... TypeError: 'float' object cannot be interpreted as an integer # （3）序列操作 >>> b = range(1,10) >>> b[0] 1 >>> b[:-3] range(1, 7) >>> b[0] = 2 TypeError Traceback (most recent call last) ... TypeError: 'range' object does not support item assignment # （4）不是迭代器 >>> hasattr(range(3),'__iter__') True >>> hasattr(range(3),'__next__') False >>> hasattr(iter(range(3)),'__next__') True
2、 為什麼range()不生產迭代器？
可以獲得迭代器的內置方法很多，例如 zip() 、enumerate()、map()、filter() 和 reversed() 等等，但是像 range() 這樣僅僅得到的是可迭代對象的方法就絕無僅有瞭（若有反例，歡迎告知）。這就是我存在知識誤區的地方。
在 for-循環 遍歷時，可迭代對象與迭代器的性能是一樣的，即它們都是惰性求值的，在空間復雜度與時間復雜度上並無差異。我曾概括過兩者的差別是“一同兩不同”：相同的是都可惰性迭代，不同的是可迭代對象不支持自遍歷（即next()方法），而迭代器本身不支持切片（即__getitem__() 方法）。
雖然有這些差別，但很難得出結論說它們哪個更優。現在微妙之處就在於，為什麼給 5 種內置方法都設計瞭迭代器，偏偏給 range() 方法設計的就是可迭代對象呢？把它們都統一起來，不是更好麼？
事實上，Pyhton 為瞭規范性就幹過不少這種事，例如，Python2 中有 range() 和 xrange() 兩種方法，而 Python3 就幹掉瞭其中一種，還用瞭“李代桃僵”法。為什麼不更規范點，令 range() 生成的是迭代器呢？
關於這個問題，我沒找到官方解釋，以下純屬個人觀點 。
zip() 等方法都需要接收確定的可迭代對象的參數，是對它們的一種再加工的過程，因此也希望馬上產出確定的結果來，所以 Python 開發者就設計瞭這個結果是迭代器。這樣還有一個好處，即當作為參數的可迭代對象發生變化的時候，作為結果的迭代器因為是消耗型的，不會被錯誤地使用。
而 range() 方法就不同瞭，它接收的參數不是可迭代對象，本身是一種初次加工的過程，所以設計它為可迭代對象，既可以直接使用，也可以用於其它再加工用途。例如，zip() 等方法就完全可以接收 range 類型的參數。
>>> for i in zip(range(1,6,2), range(2,7,2)): >>> print(i, end="") (1, 2)(3, 4)(5, 6)
也就是說，range() 方法作為一種初級生產者，它生產的原料本身就有很大用途，早早把它變為迭代器的話，無疑是一種畫蛇添足的行為。
對於這種解讀，你是否覺得有道理呢？歡迎就這個話題與我探討。
3、range 類型是什麼？
以上是我對“為什麼range()不產生迭代器”的一種解答。順著這個思路，我研究瞭一下它產生的 range 對象，一研究就發現，這個 range 對象也並不簡單。
首先奇怪的一點就是，它竟然是不可變序列！我從未註意過這一點。雖然說，我從未想過修改 range() 的值，但這一不可修改的特性還是令我驚訝。
翻看文檔，官方是這樣明確劃分的——有三種基本的序列類型：列表、元組和范圍（range）對象。（There are three basic sequence types: lists, tuples, and range objects.）
這我倒一直沒註意，原來 range 類型居然跟列表和元組是一樣地位的基礎序列！我一直記掛著字符串是不可變的序列類型，不曾想，這裡還有一位不可變的序列類型呢。
那 range 序列跟其它序列類型有什麼差異呢？
普通序列都支持的操作有 12 種。range 序列隻支持其中的 10 種，不支持進行加法拼接與乘法重復。
>>> range(2) + range(3) ----------------------------------------- TypeError Traceback (most recent call last) ... TypeError: unsupported operand type(s) for +: 'range' and 'range' >>> range(2)*2 ----------------------------------------- TypeError Traceback (most recent call last) ... TypeError: unsupported operand type(s) for *: 'range' and 'int'
那麼問題來瞭：同樣是不可變序列，為什麼字符串和元組就支持上述兩種操作，而偏偏 range 序列不支持呢？雖然不能直接修改不可變序列，但我們可以將它們拷貝到新的序列上進行操作啊，為何 range 對象連這都不支持呢？
且看官方文檔的解釋：
…due to the fact that range objects can only represent sequences that follow a strict pattern and repetition and concatenation will usually violate that pattern.
原因是 range 對象僅僅表示一個遵循著嚴格模式的序列，而重復與拼接通常會破壞這種模式…
問題的關鍵就在於 range 序列的 pattern，仔細想想，其實它表示的就是一個等差數列啊（喵，高中數學知識沒忘…），拼接兩個等差數列，或者重復拼接一個等差數列，想想確實不妥，這就是為啥 range 類型不支持這兩個操作的原因瞭。由此推論，其它修改動作也會破壞等差數列結構，所以統統不給修改就是瞭。
4、小結
回顧全文，我得到瞭兩個偏冷門的結論：range 是可迭代對象而不是迭代器；range 對象是不可變的等差序列。
若單純看結論的話，你也許沒有感觸，或許還會說這沒啥瞭不得啊。但如果我追問，為什麼 range 不是迭代器呢，為什麼 range 是不可變序列呢？對這倆問題，你是否還能答出個自圓其說的設計思想呢？（PS：我決定瞭，若有機會面試別人，我必要問這兩個問題的嘿~）
由於 range 對象這細微而有意思的特性，我覺得這篇文章寫得值瞭。本文是作為迭代器系列文章的一篇來寫的，所以對於迭代器的基礎知識介紹不多，另外，還有一種特殊的迭代器也值得單獨成文，那就是生成器瞭。
附：Python的range()函數的歷史
雖然Python 2中的range()和Python 3中的range()可能共享一個名稱，但它們是完全不同的動物。實際上，Python 3中的range()隻是Python 2中稱為xrange的函數的重命名版本。
最初，range()和xrange()都生成瞭可以用for循環遍歷的數字，但是前者一次生成瞭所有這些數字的列表，而後者則懶惰地生成數字，這意味著需要時每次返回一個數字。
掛起巨大的列表會占用內存，所以xrange()替換range()、名稱和所有內容也就不足為奇瞭。您可以在PEP 3100中閱讀關於這個決定和xrange() vs range()背景的更多信息。
註:PEP代表Python增強建議。pep是能夠涵蓋廣泛主題的文檔，包括建議的新特性、樣式、治理和哲學。
有很多。PEP 1解釋瞭它們是如何工作的，是一個很好的起點。
總結
到此這篇關於Python中range函數基本用法的文章就介紹到這瞭,更多相關Python中range函數用法內容請搜索WalkonNet以前的文章或繼續瀏覽下面的相關文章希望大傢以後多多支持WalkonNet！