详解Python中for循环是如何工作的

Python  /  管理员 发布于 7年前   240

前言

for...in 是Python程序员使用最多的语句，for 循环用于迭代容器对象中的元素，这些对象可以是列表、元组、字典、集合、文件，甚至可以是自定义类或者函数，例如：

作用于列表

>>> for elem in [1,2,3]:...  print(elem)...123

作用于元组

>>> for i in ("zhang", "san", 30):...  print(i)...zhangsan30

作用于字符串

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

作用于集合

>>> for i in {"a","b","c"}:...  print(i)...bac

作用于字典

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

作用于文件

>>> for line in open("requirement.txt"):...  print(line, end="")...Fabric==1.12.0Markdown==2.6.7

可能有人不经要问，为什么这么多不同类型对象都支持 for 语句，还有哪些类型的对象可以作用在 for 语句中呢？回答这个问题之前，我们先要了解 for 循环背后的执行原理。

for 循环是对容器进行迭代的过程，什么是迭代？迭代就是从某个容器对象中逐个地读取元素，直到容器中没有更多元素为止。那么，哪些对象支持迭代操作？任何对象都可以吗？先随便自定义一个类试试，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

错误堆栈日志非常清楚地告诉我们，MyRange 不是一个可迭代对象，所以它不能用于迭代，那么到底什么样的对象才称得上是可迭代对象(iterable)呢？

可迭代对象需要实现__iter__方法，并返回一个迭代器，什么是迭代器呢？迭代器只需要实现 __next__方法。现在我们就来验证一下列表为什么支持迭代：

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

从试验结果来看，列表是一个可迭代对象，因为它实现了 __iter__方法，并且返回了一个迭代器对象（list_iterator），因为它实现了 __next__方法。我们看到它不断地调用__next__方法，其实就是不断地迭代获取容器中的元素，直到容器中没有更多元素抛出 StopIteration 异常为止。

那么 for 语句又是如何循环的呢？到这里，恐怕你也猜到了，它的步骤是：

• 先判断对象是否为可迭代对象，不是的话直接报错，抛出TypeError异常，是的话，调用 __iter__方法，返回一个迭代器
• 不断地调用迭代器的__next__方法，每次按序返回迭代器中的一个值
• 迭代到最后，没有更多元素了，就抛出异常 StopIteration，这个异常 python 自己会处理，不会暴露给开发者
  

对于元组，字典，字符串也是同样的道理，弄明白了 for 的执行原理之后，我们就可以实现自己的迭代器用在 for 循环中。

前面的 MyRange 报错是因为它没有实现迭代器协议里面的这两个方法，现在继续改进：

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:   # 达到某个条件时必须抛出此异常，否则会无止境地迭代下去   raise StopIteration() 

因为它实现了__next__方法，所以 MyRange 本身已经是一个迭代器了，所以 __iter__返回的就是对象本身 self。现在用在 for 循环中试试：

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

有没有发现，自定义的 MyRange 功能和内建函数 range很相似。for 循环本质是不断地调用迭代器的__next__方法，直到有 StopIteration 异常为止，所以任何可迭代对象都可以作用在for循环中。

总结

以上就是这篇文章的全部内容了，希望本文的内容对大家的学习或者工作能带来一定的帮助，如果有疑问大家可以留言交流，谢谢大家的支持。