for循環在Python中是怎麼工做的

for...in 是Python程序員使用最多的語句，for 循環用於迭代容器對象中的元素，這些對象能夠是列表、元組、字典、集合、文件，甚至能夠是自定義類或者函數，例如：

做用於列表

>>> for elem in [1,2,3]:
...     print(elem)
...
1
2
3複製代碼

做用於元組

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

做用於字符串

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

做用於集合

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

做用於字典

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

做用於文件

>>> for line in open("requirement.txt"):
...     print(line, end="")
...
Fabric==1.12.0
Markdown==2.6.7複製代碼

可能有人不經要問，爲何這麼多不一樣類型對象都支持 for 語句，還有哪些類型的對象能夠做用在 for 語句中呢？回答這個問題以前，咱們先要了解 for 循環背後的執行原理。

for 循環是對容器進行迭代的過程，什麼是迭代？迭代就是從某個容器對象中逐個地讀取元素，直到容器中沒有更多元素爲止。那麼，哪些對象支持迭代操做？任何對象均可以嗎？先隨便自定義一個類試試，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複製代碼

錯誤堆棧日誌很是清楚地告訴咱們，MyRange 不是一個可迭代對象，因此它不能用於迭代，那麼到底什麼樣的對象才稱得上是可迭代對象(iterable)呢？

可迭代對象須要實現__iter__方法，並返回一個迭代器，什麼是迭代器呢？迭代器只須要實現 __next__方法。如今咱們就來驗證一下列表爲何支持迭代：

>>> x = [1,2,3]
>>> its = x.__iter__() # x有此方法，說明列表是可迭代對象
>>> its
<list_iterator object at 0x100f32198>

>>> its.__next__()  # its有此方法，說明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複製代碼

從試驗結果來看，列表是一個可迭代對象，由於它實現了 __iter__方法，而且返回了一個迭代器對象（list_iterator），由於它實現了 __next__方法。咱們看到它不斷地調用__next__方法，其實就是不斷地迭代獲取容器中的元素，直到容器中沒有更多元素拋出 StopIteration 異常爲止。

那麼 for 語句又是如何循環的呢？到這裏，恐怕你也猜到了，它的步驟是：

1. 先判斷對象是否爲可迭代對象，不是的話直接報錯，拋出TypeError異常，是的話，調用 __iter__方法，返回一個迭代器
2. 不斷地調用迭代器的__next__方法，每次按序返回迭代器中的一個值
3. 迭代到最後，沒有更多元素了，就拋出異常 StopIteration，這個異常 python 本身會處理，不會暴露給開發者

對於元組，字典，字符串也是一樣的道理，弄明白了 for 的執行原理以後，咱們就能夠實現本身的迭代器用在 for 循環中。

前面的 MyRange 報錯是由於它沒有實現迭代器協議裏面的這兩個方法，如今繼續改進：

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:
            # 達到某個條件時必須拋出此異常，不然會無止境地迭代下去
            raise StopIteration()複製代碼

由於它實現了__next__方法，因此 MyRange 自己已是一個迭代器了，因此 __iter__返回的就是對象自己 self。如今用在 for 循環中試試：

for i in MyRange(3):
    print(i)
# 輸出
 0
 1
 2複製代碼

有沒有發現，自定義的 MyRange 功能和內建函數 range很類似。for 循環本質是不斷地調用迭代器的__next__方法，直到有 StopIteration 異常爲止，因此任何可迭代對象均可以做用在for循環中。

同步發表於：foofish.net/how-for-wor…

公衆號:python之禪