Python 迭代器
在数学中,集合表示由一个或多个确定的元素所构成的整体。在 Python 中,列表、元组、集合可以用于表示数学中的集合。
例如,分别使用列表、元组、集合表示了一个包含 3 个字符串的集合:
列表 [‘www’, ‘imooc’, ‘com’]
元组 (‘www’, ‘imooc’, ‘com’)
集合 {‘www’, ‘imooc’, ‘com’}
1. 可迭代对象 iterable
1.1 什么是可迭代对象
Python 提供了 for … in 循环,用于对列表、元组、集合中的元素进行遍历。能够被 for … in 循环遍历的对象被称为可迭代对象 iterable,列表、元组、集合均属于可迭代对象。使用 for … in 循环遍历可迭代对象的例子如下:
遍历列表的代码
list = ['www', 'imooc', 'com']for item in list:print(item)
tuple = ('www', 'imooc', 'com')for item in tuple:print(item)
遍历集合的代码
set = {'www', 'imooc', 'com'}for item in set:print(item)
1.2 尽可能使用 for … in 循环进行遍历
如果需要遍历的对象是列表,可以通过访问索引的方式进行遍历,代码如下:
strings = ['www', 'imooc', 'com']i = while i < len(strings):string = strings[i]print(string)i = i +
以上的遍历方式中,要求 strings 是一个列表,如果 strings 的数据结构发生变化:使用集合而不是列表表示 strings,那么通过访问索引的方式进行遍历的代码就会失效。
strings = {'www', 'imooc', 'com'}i = while i < len(strings):string = strings[i]print(string)i = i +
因为 strings 是一个集合,不支持索引操作,会导致运行错误:
Traceback (most recent call last): File strings.py, line 5, in <module>string = strings[i]TypeError: 'set' object does not support indexing
应尽可能使用 for … in 循环遍历可迭代对象,如果可迭代对象的数据类型发生变化,从列表变成集合,使用for … in 循环遍历的代码则无需改变。
2. 迭代器 iterator
1.1 什么是迭代器
迭代器 iterator 是一个特殊的对象,用于遍历访问可迭代对象 iterable。Python 通过迭代器 iterator 实现 for … in 循环语句,用户编写的 for … in 循环代码如下:
for item in iterable:print(item)
这段 for … in 循环代码会被翻译为如下:
iterator = iter(iterable)while True:try:item = next(iterator)print(item)except stopiteration:break
在第 6 行,当迭代器遍历完全部元素后,抛出一个特殊的异常 stopiteration,表示迭代结束
1.2 列表的迭代器
下面通过一个具体的例子,了解如何通过迭代器实现 for … in 循环,使用 for … in 循环遍历列表的代码如下:
list = ['www', 'imooc', 'com']for item in list:print(item)
Python 把以上 for … in 循环转换为如下功能等价的代码:
list = ['www', 'imooc', 'com']listIterator = iter(list)while True:try:item = next(listIterator)print(item)except stopiteration:break
www imooc com
3. 迭代协议
使用迭代器遍历访问可迭代对象,要求迭代器和可迭代对象遵循迭代协议,迭代协议如下:
class Iterable:def __iter__(self):
class Iterator:def __next__(self):
def iter(iterable):iterator = iterable.__iter__()return iterator
def next(iterator):item = iterator.__next__()return item
根据以上的迭代协议,即可将 for … in 循环翻译为如下等价代码:
iterator = iter(iterable)while True:try:item = next(iterator)print(item)except stopiteration:break
4. 实现一个自定义的迭代器
4.1 通过单链表实现堆栈
通过单链表实现堆栈,图示如下:
在上图中,每个节点有两个字段: item 和 next,item 用于存储数据,next 指向下一个节点,head 指针指向堆栈的顶部。描述堆栈的 Python 代码如下:
class Node:def __init__(self, item):self.item = item self.next = Noneclass Stack:def __init__(self):self.head = Nonedef push(self, item):node = Node(item)node.next = self.head self.head = node stack = Stack()stack.push('a')stack.push('b')stack.push('c')
在第 1 行,定义了类 Node 用于描述链表中的节点
在第 6 行,定义了类 Stack 描述堆栈
在第 11 行,创建一个新节点 node
在第 12 行,新节点 node 的 next 指向头结点
在第 13 行,头结点指向新节点
在第 8 行,定义了头指针 head,指向链表中的首个节点
在第 10 行,定义了成员方法 push,将元素压如到堆栈中
在第 15 行,创建一个对象 stack
在第 16 行到第 18 行,依次压入 3 个元素 ‘a’、‘b’、‘c’
4.2 实现迭代协议
class StackIterator:def __init__(self, stack):self.stack = stack self.cursor = self.stack.headdef __next__(self):if self.cursor == None:raise stopiterationelse:item = self.cursor.item self.cursor = self.cursor.nextreturn item
在第 1 行,定义类 StackIterator
类 Stack 是可迭代对象
类 StackIterator 是迭代器
在第 2 行,定义构造函数,参数 stack 是被遍历的对象
在第 4 行,成员变量 cursor 指向了当前正在遍历的元素,初始化被设置为链表的头结点
在第 6 行,定义方法 __next__
在第 10 行,记录下当前正在遍历的元素
在第 11 行,将 cursor 指向下一个元素
在第 8 行,抛出异常 stopiteration 表示遍历结束
在第 7 行,如果变量 cursor 等于 None,表示已经到达链表的尾部,即遍历完全部的元素了
在第 9 行,如果变量 cursor 不等于 None
在定义了 StackIterator 后,在 Stack 中增加一个新的成员方法 __iter__,返回 Stack 对应的迭代器,代码如下:
class Stack:def __iter__(self):return StackIterator(self)
4.3 通过 while 循环遍历堆栈
在实现了迭代协议后,使用 while 循环显示的使用 iter、next、stopiteration 完成对 stack 的遍历,代码如下:
stackIterator = iter(stack)while True:try:item = next(stackIterator)print(item)except stopiteration:break
程序依次压入 ‘a’、‘b’、‘c’,遍历时以压入相反的顺序输出,结果如下:
c b a
4.4 通过 for … in 循环遍历堆栈
在实现了迭代协议后,可以通过 for … in 循环进行遍历,代码如下:
for item in stack:print(item)
与上一节的代码相比,代码要简洁很多,程序输出相同的结果如下:
c b a