Python_中的迭代器實現原理是什么？

Python 提供了 for … in 循環，用于對列表、元組、集合中的元素進行遍歷。能夠被 for … in 循環遍歷的對象被稱為可迭代對象 iterable，列表、元組、集合均屬于可迭代對象。使用 for … in 循環遍歷可迭代對象的例子如下：

list = ['www', 'imooc', 'com']for item in list: print(item)代碼塊123

tuple = ('www', 'imooc', 'com')for item in tuple: print(item)代碼塊123

set = {'www', 'imooc', 'com'}for item in set: print(item)代碼塊1231.2 盡可能使用 for … in 循環進行遍歷

如果需要遍歷的對象是列表，可以通過訪問索引的方式進行遍歷，代碼如下：

strings = ['www', 'imooc', 'com']i = 0while i < len(strings): string = strings[i] print(string) i = i + 1代碼塊123456

以上的遍歷方式中，要求 strings 是一個列表，如果 strings 的數據結構發生變化：使用集合而不是列表表示 strings，那么通過訪問索引的方式進行遍歷的代碼就會失效。

strings = {'www', 'imooc', 'com'}i = 0while i < len(strings): string = strings[i] print(string) i = i + 1代碼塊123456

因為 strings 是一個集合，不支持索引操作，會導致運行錯誤：

Traceback (most recent call last): File "strings.py", line 5, in <module> string = strings[i]TypeError: 'set' object does not support indexing代碼塊1234

應盡可能使用 for … in 循環遍歷可迭代對象，如果可迭代對象的數據類型發生變化，從列表變成集合，使用for … in 循環遍歷的代碼則無需改變。

迭代器 iterator 是一個特殊的對象，用于遍歷訪問可迭代對象 iterable。Python 通過迭代器 iterator 實現 for … in 循環語句，用戶編寫的 for … in 循環代碼如下：

for item in iterable: print(item)代碼塊12

這段 for … in 循環代碼會被翻譯為如下：

iterator = iter(iterable)while True: try: item = next(iterator) print(item) except StopIteration: break代碼塊1234567

下面通過一個具體的例子，了解如何通過迭代器實現 for … in 循環，使用 for … in 循環遍歷列表的代碼如下：

list = ['www', 'imooc', 'com']for item in list: print(item)代碼塊123

Python 把以上 for … in 循環轉換為如下功能等價的代碼：

list = ['www', 'imooc', 'com']listIterator = iter(list)while True: try: item = next(listIterator) print(item) except StopIteration: break代碼塊12345678

以上兩段代碼均輸出相同的結果，如下所示：

wwwimooccom代碼塊1233. 迭代協議

使用迭代器遍歷訪問可迭代對象，要求迭代器和可迭代對象遵循迭代協議，迭代協議如下：

1. 可迭代對象 iterable 提供成員方法 __iter__，該方法返回用于遍歷的迭代器 iterator

class Iterable: def __iter__(self):代碼塊12

2. 迭代器 iterator 提供成員方法 __next__，該方法返回下一個被遍歷的元素

class Iterator: def __next__(self):代碼塊12

3. 異常 StopIteration，當遍歷完全部的元素后，成員方法 __next__ 拋出一個特殊的異常 Stop Iteration 表示遍歷結束
4. 內置函數 iter，用于獲取可迭代對象對應的迭代器

def iter(iterable): iterator = iterable.__iter__() return iterator代碼塊123

5. 內置函數 next，用于獲取下一個被遍歷的元素

def next(iterator): item = iterator.__next__() return item代碼塊123

根據以上的迭代協議，即可將 for … in 循環翻譯為如下等價代碼：

iterator = iter(iterable)while True: try: item = next(iterator) print(item) except StopIteration: break代碼塊12345674. 實現一個自定義的迭代器4.1 通過單鏈表實現堆棧

通過單鏈表實現堆棧，圖示如下：

通過單鏈表實現堆棧

在上圖中，每個節點有兩個字段: item 和 next，item 用于存儲數據，next 指向下一個節點，head 指針指向堆棧的頂部。描述堆棧的 Python 代碼如下：

class Node: def __init__(self, item): self.item = item self.next = Noneclass Stack: def __init__(self): self.head = None def push(self, item): node = Node(item) node.next = self.head self.head = nodestack = Stack()stack.push('a')stack.push('b')stack.push('c')代碼塊123456789101112131415161718

class StackIterator: def __init__(self, stack): self.stack = stack self.cursor = self.stack.head def __next__(self): if self.cursor == None: raise StopIteration else: item = self.cursor.item self.cursor = self.cursor.next return item代碼塊123456789101112

在定義了 StackIterator 后，在 Stack 中增加一個新的成員方法 __iter__，返回 Stack 對應的迭代器，代碼如下：

class Stack: def __iter__(self): return StackIterator(self) 代碼塊1234.3 通過 while 循環遍歷堆棧

在實現了迭代協議后，使用 while 循環顯示的使用 iter、next、StopIteration 完成對 stack 的遍歷，代碼如下：

stackIterator = iter(stack)while True: try: item = next(stackIterator) print(item) except StopIteration: break代碼塊1234567

程序依次壓入 ‘a’、‘b’、‘c’，遍歷時以壓入相反的順序輸出，結果如下：

cba代碼塊1234.4 通過 for … in 循環遍歷堆棧

在實現了迭代協議后，可以通過 for … in 循環進行遍歷，代碼如下：

for item in stack: print(item)代碼塊12

與上一節的代碼相比，代碼要簡潔很多，程序輸出相同的結果如下：

cba代碼塊123

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