爲何range不是迭代器？range究竟是什麼類型？

迭代器是 23 種設計模式中最經常使用的一種（之一），在 Python 中隨處可見它的身影，咱們常常用到它，可是卻不必定意識到它的存在。在關於迭代器的系列文章中（連接見文末），我至少提到了 23 種生成迭代器的方法。有些方法是專門用於生成迭代器的，還有一些方法則是爲了解決別的問題而「暗中」使用到迭代器。

在系統學習迭代器以前，我一直覺得 range() 方法也是用於生成迭代器的，如今卻忽然發現，它生成的只是可迭代對象，而並非迭代器！ （PS：Python2 中 range() 生成的是列表，本文基於Python3，生成的是可迭代對象）

因而，我有了這樣的疑問：爲何 range() 不生成迭代器呢？在查找答案的過程當中，我發現本身對 range 類型的認識存在一些誤區。所以，本文將和你們全面地認識一下 range ，期待與你共同窗習進步。

一、range() 是什麼？

它的語法：range(start, stop [,step]) ；start 指的是計數起始值，默認是 0；stop 指的是計數結束值，但不包括 stop ；step 是步長，默認爲 1，不能夠爲 0 。range() 方法生成一段左閉右開的整數範圍。

>>> a = range(5)  # 即 range(0,5)
>>> a
range(0, 5)
>>> len(a)
5
>>> for x in a:
>>>     print(x,end=" ")
0 1 2 3 4

對於 range() 函數，有幾個注意點：（1）它表示的是左閉右開區間；（2）它接收的參數必須是整數，能夠是負數，但不能是浮點數等其它類型；（3）它是不可變的序列類型，能夠進行判斷元素、查找元素、切片等操做，但不能修改元素；（4）它是可迭代對象，卻不是迭代器。

# （1）左閉右開
>>> for i in range(3, 6):
>>>     print(i,end=" ")
3 4 5

# （2）參數類型
>>> for i in range(-8, -2, 2):
>>>     print(i,end=" ")
-8 -6 -4
>>> range(2.2)
----------------------------
TypeError    Traceback (most recent call last)
...
TypeError: 'float' object cannot be interpreted as an integer

# （3）序列操做
>>> b = range(1,10)
>>> b[0]
1
>>> b[:-3]
range(1, 7)
>>> b[0] = 2
TypeError  Traceback (most recent call last)
...
TypeError: 'range' object does not support item assignment

# （4）不是迭代器
>>> hasattr(range(3),'__iter__')
True
>>> hasattr(range(3),'__next__')
False
>>> hasattr(iter(range(3)),'__next__')
True

二、 爲何range()不生產迭代器？

能夠得到迭代器的內置方法不少，例如 zip() 、enumerate()、map()、filter() 和 reversed() 等等，可是像 range() 這樣僅僅獲得的是可迭代對象的方法就絕無僅有了（如有反例，歡迎告知）。這就是我存在知識誤區的地方。

在 for-循環 遍歷時，可迭代對象與迭代器的性能是同樣的，即它們都是惰性求值的，在空間複雜度與時間複雜度上並沒有差別。我曾歸納過二者的差異是「一同兩不一樣」：相同的是均可惰性迭代，不一樣的是可迭代對象不支持自遍歷（即next()方法），而迭代器自己不支持切片（即__getitem__() 方法）。

雖然有這些差異，但很可貴出結論說它們哪一個更優。如今微妙之處就在於，爲何給 5 種內置方法都設計了迭代器，恰恰給 range() 方法設計的就是可迭代對象呢？把它們都統一塊兒來，不是更好麼？

事實上，Pyhton 爲了規範性就幹過很多這種事，例如，Python2 中有 range() 和 xrange() 兩種方法，而 Python3 就幹掉了其中一種，還用了「李代桃僵」法。爲何不更規範點，令 range() 生成的是迭代器呢？

關於這個問題，我沒找到官方解釋，如下純屬我的觀點 。

zip() 等方法都須要接收肯定的可迭代對象的參數，是對它們的一種再加工的過程，所以也但願立刻產出肯定的結果來，因此 Python 開發者就設計了這個結果是迭代器。這樣還有一個好處，即看成爲參數的可迭代對象發生變化的時候，做爲結果的迭代器由於是消耗型的，不會被錯誤地使用。

而 range() 方法就不一樣了，它接收的參數不是可迭代對象，自己是一種初次加工的過程，因此設計它爲可迭代對象，既能夠直接使用，也能夠用於其它再加工用途。例如，zip() 等方法就徹底能夠接收 range 類型的參數。

>>> for i in zip(range(1,6,2), range(2,7,2)):
>>>    print(i, end="")
(1, 2)(3, 4)(5, 6)

也就是說，range() 方法做爲一種初級生產者，它生產的原料自己就有很大用途，早早把它變爲迭代器的話，無疑是一種多此一舉的行爲。

對於這種解讀，你是否以爲有道理呢？歡迎就這個話題與我探討。

三、range 類型是什麼？

以上是我對「爲何range()不產生迭代器」的一種解答。順着這個思路，我研究了一下它產生的 range 對象，一研究就發現，這個 range 對象也並不簡單。

首先奇怪的一點就是，它居然是不可變序列！我從未注意過這一點。雖說，我從未想過修改 range() 的值，但這一不可修改的特性仍是令我驚訝。

翻看文檔，官方是這樣明確劃分的——有三種基本的序列類型：列表、元組和範圍（range）對象。（There are three basic sequence types: lists, tuples, and range objects.）

這我倒一直沒注意，原來 range 類型竟然跟列表和元組是同樣地位的基礎序列！我一直記掛着字符串是不可變的序列類型，未曾想，這裏還有一位不可變的序列類型呢。

那 range 序列跟其它序列類型有什麼差別呢？

普通序列都支持的操做有 12 種，在《你真的知道Python的字符串是什麼嗎？》這篇文章裏提到過。range 序列只支持其中的 10 種，不支持進行加法拼接與乘法重複。

>>> range(2) + range(3)
-----------------------------------------
TypeError  Traceback (most recent call last)
...
TypeError: unsupported operand type(s) for +: 'range' and 'range'

>>> range(2)*2
-----------------------------------------
TypeError  Traceback (most recent call last)
...
TypeError: unsupported operand type(s) for *: 'range' and 'int'

那麼問題來了：一樣是不可變序列，爲何字符串和元組就支持上述兩種操做，而恰恰 range 序列不支持呢？雖然不能直接修改不可變序列，但咱們能夠將它們拷貝到新的序列上進行操做啊，爲什麼 range 對象連這都不支持呢？

且看官方文檔的解釋：

...due to the fact that range objects can only represent sequences that follow a strict pattern and repetition and concatenation will usually violate that pattern.

緣由是 range 對象僅僅表示一個遵循着嚴格模式的序列，而重複與拼接一般會破壞這種模式...

問題的關鍵就在於 range 序列的 pattern，仔細想一想，其實它表示的就是一個等差數列啊（喵，高中數學知識沒忘...），拼接兩個等差數列，或者重複拼接一個等差數列，想一想確實不妥，這就是爲啥 range 類型不支持這兩個操做的緣由了。由此推論，其它修改動做也會破壞等差數列結構，因此通通不給修改就是了。

四、小結

回顧全文，我獲得了兩個偏冷門的結論：range 是可迭代對象而不是迭代器；range 對象是不可變的等差序列。

若單純看結論的話，你也許沒有感觸，或許還會說這沒啥了不起啊。但若是我追問，爲何 range 不是迭代器呢，爲何 range 是不可變序列呢？對這倆問題，你是否還能答出個自圓其說的設計思想呢？（PS：我決定了，如有機會面試別人，我必要問這兩個問題的嘿~）

因爲 range 對象這細微而有意思的特性，我以爲這篇文章寫得值了。本文是做爲迭代器系列文章的一篇來寫的，因此對於迭代器的基礎知識介紹很少，歡迎查看以前的文章。另外，還有一種特殊的迭代器也值得單獨成文，那就是生成器了，敬請期待後續推文哦~

猜你想讀：

Python進階：迭代器與迭代器切片

Python進階：設計模式之迭代器模式

你真的知道Python的字符串是什麼嗎？

官方文檔：http://t.cn/EGMzJt8

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