跟你深入剖析可迭代对象和迭代器的区别与联系

2020/5/12 14:26:46

编程Tag： 机器学习后端 python 人工智能深度学习

本文主要是介绍跟你深入剖析可迭代对象和迭代器的区别与联系，对大家解决编程问题具有一定的参考价值，需要的程序猿们随着小编来一起学习吧！

导语

可迭代对象和迭代器是经常碰到但又很容易混淆的两个概念，所以今天小编跟大家深入剖析一下可迭代对象和迭代器的区别。认真看完本文，你将收获：

理解什么是可迭代对象
理解检查可迭代对象的方法　
理解什么是迭代器
可迭代对象和迭代器的关系

事不宜迟，我们马上开始吧！

可迭代对象

要理解可迭代对象，那首先要搞清楚迭代的概念。关于迭代，维基百科是这样子定义的：

迭代是重复反馈过程的活动，其目的通常是为了接近并到达所需的目标或结果。每一次对过程的重复被称为一次“迭代”，而每一次迭代得到的结果会被用来作为下一次迭代的初始值。

从这个定义中，我们大概可以知道迭代是对某一个过程的重复。其实在程序中，迭代也是类似的，它是一种遍历集合元素的方式，请看下面的示例1。

# 示例1
for i in [1,2,3]:
    print(i)

输出结果：

1
2
3

在示例1中，解释器重复地从列表中取出元素并打印，直到遍历结束为止，这就是一个迭代的过程。可见，可迭代对象可以在for循环中遍历元素。

那什么样的对象才是一个可迭代对象？事实上，只要实现 iter 方法或者实现 __ getitem __方法而且其参数从0开始索引，那么该对象就是可迭代对象，请看示例2。

#示例2
class Vector(object):
    def __init__(self,components):
        self.components = list(components)
        
    def __iter__(self):
        return iter(self.components)

V1 = Vector([1,2,3])
for i in V1:
    print(i)

输出结果：

1
2
3

从示例2中可见，Vector类实现了 __ iter __方法，解释器可以从Vector类对象中重复地取出元素并打印。如果要检查某一个对象是否为可迭代对象，其实可以使用isinstance( )函数，该函数用于判断对象是否为某一类型，但是用这个函数判断不一定准确(原因后面会说到)。

from collections import Iterable
print(isinstance(V1,Iterable))#True

如果我们只是实现了__ getitem __ ()方法，情况又会怎么样呢？请看示例3。

# 示例3
from collections import Iterable
class Vector(object):
    def __init__(self,components):
        self.components = list(components)
    
    def __getitem__(self,index):
        return self.components[index]
    
V1 = Vector([1,2,3])
for i in V1:
    print(i)
print(isinstance(V1,Iterable))

输出结果：

1
2
3
Flase

从示例3中可看到，Vector实现了__ getitem__方法，解释器可以对V1进行迭代并打印元素，但是！使用isinstance()判断时，返回的结果居然是False。明明可以使用for循环来迭代元素，为什么是判断是Flase呢？事实上，如果可迭代对象只是实现了__ getitem __ 的话，abc.Iterable是不考虑该方法的，这便导致了isinstance()判断不准确。更准确的方法应该是调用iter()函数，如果该对象不可迭代，就会抛出TypeError的错误。我们尝试使用iter()来判断一下。

# 示例4
print(iter(V1))
#<iterator object at 0x000001B262E35518>

#去掉__getitem__方法后
print(iter(V1))
#TypeError: 'Vector' object is not iterable

从示例4中可以看到，对于可迭代对象，iter()会返回< iterator object at xxxx >。当去掉__ getitem __ ()方法后再检查时，便抛出TypeError错误。iter()函数用于生成一个迭代器，也就是说可以返回一个迭代器的就是一个可迭代对象。

该对象之所以能迭代，是因为实现了__iter__()方法。当使用for循环时候，解释器会检查对象是否有__ iter__ ()方法，有的话就是调用它来获取一个迭代器。所以没有__ iter__ ()方法但实现了__ getitem __ ()，解释器会创建一个迭代器，尝试从0开始按顺序遍历元素。如果尝试失败，Python便会抛出TypeError错误。

那么Python内置类型中究竟有哪些可迭代对象呢？我们一起盘点一下吧。

list
dict
tuple
set
string

其实盘点出来的都是序列，所以说任何序列都是可迭代的对象， 其原因在于他们至少都会实现__ getittem __ 方法（序列都可以通过索引获取元素）。

迭代器

在介绍可迭代对象时候说到，当使用for循环时候，解释器会检查对象是否有__ iter __ ()方法，有的话就是调用它来获取一个迭代器。那么究竟什么是迭代器呢？

其实迭代器是实现了__iter__方法和__next__方法的对象。__ iter__ 方法用于返回迭代器本身，而__ next __ 用于返回下一个元素。我们自定义一个迭代器，以斐波那契数列为例说明一下其内部的执行情况，看示例5。

# 示例5
import itertools
class Fib:
    def __init__(self):
        self.pre = 0
        self.cur = 1

    def __iter__(self):
        return self
    
    def __next__(self):
        p = self.cur
        self.cur += self.pre
        self.pre = p
        return p

f = Fib()
a = list(itertools.islice(f,0,10))
print(a)
#[1, 1, 2, 3, 5, 8, 13, 21, 34, 55]

从示例5中__ iter__ ()返回了迭代器对象本身，以便在使用可迭代对象的地方(如for循环中)使用迭代器，而__ next __ ()则通过计算返回下一个元素。我们再一起看看下面的示例6。

#示例6
>>>s = 'ABCD'
>>>it = iter(s)
>>>while True:print(next(it))
A
B
C
D
---------------------------------------------------------------------------
StopIteration                             Traceback (most recent call last)
<ipython-input-4-d09d5cde4495> in <module>()
----> 1 while True:print(next(it))

StopIteration:
>>> list(it)
[]
>>>list(iter(s))
['A','B','C','D']

在示例6中先定义一个字符串的可迭代对象，通过iter()函数返回一个迭代器(会自动调用对象的__ iter__ 方法)，然后在循环中通过next()取值并打印(会自动调用对象 __ next __()方法)，通过next()方法一个个地遍历可迭代对象中的元素，当遍历结束，便会抛出StopIteratioin异常，这时迭代器也没用了，如果要再次迭代，就要使用iter()函数重新构建迭代器。

通过示例5和示例6，我们可知道迭代器是一个可以记住遍历位置的对象，其内部有一个状态用于记录迭代所在的位置，以便下次迭代时候能取出正确的元素。迭代器就像一个懒人一样，当你需要数据时候才会返回给你，否则就在等待下一次的调用。

如果要检查某个对象是否为迭代器，最好的方式是使用isinstance( )函数，见示例7。

# 示例7
from collections import Iterator 
f = Fib()
print(isinstance(f,Iterator)) #True

好了，说了那么多，究竟迭代器哪些用处呢？其实在Python语言内部，迭代器用于支持：

for 循环
构建和扩展集合类型
逐行遍历文本文件
列表推导、字典推导和集合推导
元组拆包
调用函数时，使用*拆包

可迭代对象和迭代器的关系

可迭代对象不一定是迭代器，迭代器一定是可迭代对象。因为迭代器一定会实现__ iter__方法，而可迭代对象尽管实现了__ iter __ 也不一定实现__next__方法。
Python 从可迭代对象中获取迭代器，根据示例6的例子，我们知道先是使用iter()函数在迭代对象中获取迭代器，然后使用next()来获取下一个元素，关系如下图所示。