for循環在Python中的工作原理詳細

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例如：

作用於列表

>>> for elem in [1,2,3]:
...     print(elem)
...
1
2
3

作用於字符串

>>> for c in "abc":
...     print(c)
...
a
b
c

作用於字典

>>> for k in {"age":10, "name":"wang"}:
...     print(k)
...
age
name

可能有人不經要問，為什麼這麼多不同類型對象都支持 for 語句，還有哪些類型的對象可以作用在 for 語句中呢？回答這個問題之前，我們先要瞭解 for 循環背後的執行原理。

for 循環是對容器進行迭代的過程，什麼是迭代？迭代就是從某個容器對象中逐個地讀取元素，直到容器中沒有更多元素為止。那麼，哪些對象支持迭代操作？任何對象都可以嗎？先隨便自定義一個類試試，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

錯誤堆棧日志非常清楚地告訴我們，MyRange 不是一個可迭代對象，所以它不能用於迭代，那麼到底什麼樣的對象才稱得上是可迭代對象(iterable)呢？

可迭代對象需要實現__iter__方法，並返回一個迭代器，什麼是迭代器呢？迭代器隻需要實現 __next__方法。現在我們就來驗證一下列表為什麼支持迭代：

>>> x = [1,2,3]
>>> its = x.__iter__() # x有此方法，說明列表是可迭代對象
>>> its
<list_iterator object at 0x100f32198>

>>> its.__next__()  # its有此方法，說明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

從試驗結果來看，列表是一個可迭代對象，因為它實現瞭 __iter__方法，並且返回瞭一個迭代器對象（list_iterator），因為它實現瞭 __next__方法。我們看到它不斷地調用__next__方法，其實就是不斷地迭代獲取容器中的元素，直到容器中沒有更多元素拋出 StopIteration 異常為止。

那麼 for 語句又是如何循環的呢？到這裡，恐怕你也猜到瞭，它的步驟是：

  • 先判斷對象是否為可迭代對象，不是的話直接報錯，拋出TypeError異常，是的話，調用 __iter__方法，返回一個迭代器
  • 不斷地調用迭代器的__next__方法，每次按序返回迭代器中的一個值
  • 迭代到最後，沒有更多元素瞭，就拋出異常 StopIteration，這個異常 python 自己會處理，不會暴露給開發者

對於元組，字典，字符串也是同樣的道理，弄明白瞭 for 的執行原理之後，我們就可以實現自己的迭代器用在 for 循環中。

前面的 MyRange 報錯是因為它沒有實現迭代器協議裡面的這兩個方法，現在繼續改進：

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:
            # 達到某個條件時必須拋出此異常，否則會無止境地迭代下去
            raise StopIteration()

因為它實現瞭__next__方法，所以 MyRange 本身已經是一個迭代器瞭，所以 __iter__返回的就是對象本身 self。現在用在 for 循環中試試：

for i in MyRange(3):
    print(i)
# 輸出
 0
 1
 2

有沒有發現，自定義的 MyRange 功能和內建函數 range很相似。for 循環本質是不斷地調用迭代器的__next__方法，直到有 StopIteration 異常為止，所以任何可迭代對象都可以作用在for循環中。

到此這篇關於for循環在Python中的工作原理詳細的文章就介紹到這瞭,更多相關for循環在Python中的工作原理內容請搜索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！

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