for循环在Python中是怎么工作的

简介: for循环在Python中是怎么工作的

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)
...
1
2
3

作用于元组

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

作用于字符串

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

作用于集合

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

作用于字典

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

作用于文件

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

  1. 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
  2. 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
  3. 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。


目录
相关文章
|
5月前
|
测试技术 Python
Python接口自动化测试框架(基础篇)-- 流程控制之循环语句for&while
本文介绍了Python中的循环语句,包括while和for循环的使用,range()函数的运用,以及continue、break和pass关键字的说明,同时提出了关于while循环是否能与成员运算符结合使用的思考。
60 1
Python接口自动化测试框架(基础篇)-- 流程控制之循环语句for&while
|
5月前
|
Python
揭秘Python编程核心:一篇文章带你深入掌握for循环与while循环的奥秘!
【8月更文挑战第21天】Python中的循环结构——for循环与while循环,是编程的基础。for循环擅长遍历序列或集合中的元素,如列表或字符串;而while循环则在未知循环次数时特别有用,基于某个条件持续执行。本文通过实例展示两种循环的应用场景,比如用for循环计算数字平方和用while循环计算阶乘。此外,还通过案例分析比较了两者在处理用户输入任务时的不同优势,强调了根据实际需求选择合适循环的重要性。
59 0
|
2月前
|
开发工具 Python
[oeasy]python043_自己制作的ascii码表_循环语句_条件语句_缩进_indent
本文介绍了如何使用Python制作ASCII码表,回顾了上一次课程中`print`函数的`end`参数,并通过循环和条件语句实现每8个字符换行的功能。通过调整代码中的缩进,实现了正确的输出格式。最后展示了制作完成的ASCII码表,并预告了下一次课程的内容。
29 2
|
2月前
|
Python
在 Python 中实现各种类型的循环判断
在 Python 中实现各种类型的循环判断
34 2
|
2月前
|
Python
Python 中,循环判断
Python 中,循环判断
54 1
|
2月前
|
人工智能 Python
[oeasy]python039_for循环_循环遍历_循环变量
本文回顾了上一次的内容,介绍了小写和大写字母的序号范围,并通过 `range` 函数生成了 `for` 循环。重点讲解了 `range(start, stop)` 的使用方法,解释了为什么不会输出 `stop` 值,并通过示例展示了如何遍历小写和大写字母的序号。最后总结了 `range` 函数的结构和 `for` 循环的使用技巧。
40 4
|
3月前
|
Java 索引 Python
【10月更文挑战第19天】「Mac上学Python 30」基础篇11 - 高级循环技巧与应用
本篇将介绍更深入的循环应用与优化方法,重点放在高级技巧和场景实践。我们将讲解enumerate()与zip()的妙用、迭代器与生成器、并发循环以及性能优化技巧。这些内容将帮助您编写更高效、结构更合理的代码。
75 5
|
3月前
|
Python
Python 循环语句的高级应用与深度探索
本文深入探讨了Python中循环语句的高级应用,包括`for`循环遍历字典获取键值、同步遍历多个序列,以及`while`循环结合条件判断和异常处理。通过嵌套循环实现了矩阵乘法,并介绍了如何优化循环以提升程序性能。示例代码展示了这些技术的实际应用。
58 15
|
3月前
|
数据安全/隐私保护 Python
Python循环语句
【10月更文挑战第7天】
|
4月前
|
Python
Python 中如何循环某一特定列的所有行数据
Python 中如何循环某一特定列的所有行数据
41 2