Python中的迭代协议

╰半橙微兮° 2022-04-23 10:38 213阅读 0赞

# Python中的迭代协议 #

### 文章目录 ###

*  Python中的迭代协议
 *   *  前言
     *  Iterable
     *  Iterator
     *  for...in...
     *  \_\_getitem\_\_
     *  感谢

## 前言 ##

Python的特色之一是基于协议实现功能。比如改变一个加号（`+`）的行为，在C++中需要操作符重载，在Python中则是重写`__add__`方法。为了描述可迭代对象和迭代器，Python提供了两个魔法方法，分别是`__iter__`和`__next__`。又为了支持`for...in...`行为，牵扯进了`__getitem__`。

我们先从可迭代对象说起。

## Iterable ##

Python在**collections.abc**模板中提供了**Iterable**，用于判断对象是否可迭代，还提供了**Iterator**，判断一个对象是否是迭代器。这里拿熟知的列表类型试水：

lyst = ["t", "y"]
    
    print(isinstance(lyst, Iterable))  # 输出：True
    
    print(isinstance(lyst, Iterator))  # 输出：False

可见**list只是一个可迭代对象，而非迭代器。**

让一个对象成为可迭代对象只需要添加`__iter__`方法。

class Students(object):
        def __iter__(self):
            pass
    
    if __name__ == "__main__":
        stu = Students()
        print(isinstance(stu, Iterable))  # 输出：True

尽管上面看来其有些欺诈——如果真的将它迭代会发现解释器报错**TypeError**。但不可否认的是，此时解释器认为**stu**是一个可迭代对象了（涉及到\*\*isinstance()\*\*的处理机制，可见[《Python中的abc模块》][Python_abc]），所以`isinstance()`返回出True。

## Iterator ##

与可迭代对象最大的区别在于，可以对迭代器使用`next()`方法。认为，迭代器是特殊的可迭代对象，它需要`__iter__`和`__next__`两个协议支持。

用之前的欺骗手法做个测试：

class Students(object):
        def __iter__(self):
            pass
    
        def __next__(self):
            pass
    
    if __name__ == "__main__":
        stu = Students()
        print(isinstance(stu, Iterable))  # 输出：True
        print(isinstance(stu, Iterator))  # 输出：True

对象**stu**是可迭代对象，也是迭代器。打印结果证实了前边说法。

## for…in… ##

直接在协议函数下面写`pass`，让其充装可迭代对象、迭代器，这是利用了Python鸭子类型的特点。然而，如果希望对象可以正常的被`for...in...`遍历，有些逻辑需要我们手动实现。

先说`__iter__`方法，它**只需要完成一个任务——返回一个迭代器**。如果我们不返回迭代器，将引发报错：

class Students(object):
        def __iter__(self):
            return [0, 1, 2]  # 列表类型是可迭代对象，而不是迭代器
    
    if __name__ == "__main__":
        stu = Students()
    
        for s in stu:
            print(s)
    
    # 输出：
    Traceback (most recent call last):
      File "xxx", line 50, in <module>
        for s in stu:
    TypeError: iter() returned non-iterator of type 'list'

现在试着返回一个生成器（生成器是特殊的迭代器）：

class Students(object):
        def __iter__(self):
            return (i for i in range(3))
    
    if __name__ == "__main__":
        stu = Students()
    
        for s in stu:
            print(s)
    
    # 输出：
    0
    1
    2

事实上，在`for...in...`过程中，Python会自动调用`iter()`函数，也就是说`for i in x`被转换成了`for i in iter(x)`处理。想要继续运行下去，得先保证`iter()`函数不会抛错。

--------------------

基于前面结论，`__iter__`不负责逻辑处理，那么处理逻辑就得写在`__next__`方法里面。像下面这样：

class Students(object):
        def __init__(self):
            self.items = [1, 2, 3, 4]
            self.index = 0
    
        def __next__(self):
            if self.index >= len(self.items):
                raise StopIteration
            result = self.items[self.index]
            self.index += 1
            return result

此时**还不可以**对Students的实例对象使用for遍历，但可以通过`next()`访问内部元素：

print(next(stu))
    print(next(stu))
    print(next(stu))
    
    # 输出：
    1
    2
    3

之前也说过了，迭代器需要实现`__iter__`和`__next__`两个方法，所以我们得添加`__iter__`。又因为`__iter__`的任务是返回一个迭代器，拥有了`__iter__`和`__next__`方法的Students的对象本身就是一个迭代器（似乎有点绕），所以返回自身（self）即可：

class Students(object):
    	# ...
        def __iter__(self):
            return self
    	# ...

--------------------

另外需要说明的是，在`for...in...`遍历过程中，需要一个终止信号，这个信号就是**StopIteration**。for…in…遍历的时候等同于：

while True:
        try:
            print(next(stu))
        except StopIteration:
            break

## **getitem** ##

`__getitem__`的作用可见[《Python中的切片》][Python]，`for...in...`运作的完整流程需要用到这个方法。从问第一个问题开始：

*  问题1：对象中有`__iter__`方法吗？
    
     *  如果有，调用`iter(对象)`；（此时StopIteration是终止信号，for…in…会自动处理StopIteration）
     *  如果没有，进入问题2。
 *  问题2：对象中有`__getitem__`方法吗？
    
     *  如果有，从0开始传入索引值访问内部元素，之后索引值依次累加：1，2，3，…（此时IndexError是终止信号，for…in…会自动处理IndexError）
     *  如果没有，抛出异常**TypeError**。  
        ![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3FxXzQxMzU5MDUx_size_16_color_FFFFFF_t_70]

## 感谢 ##

*  参考慕课Bobby老师课程[Python高级编程和异步IO并发编程][Python_IO]

[Python_abc]: http://youguanxinqing.xyz/index.php/archives/43/
[Python]: http://youguanxinqing.xyz/index.php/archives/44/
[watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3FxXzQxMzU5MDUx_size_16_color_FFFFFF_t_70]: /images/20220321/bc6fcd5a8e7b4fe6964a5d628fbc572e.png
[Python_IO]: https://coding.imooc.com/class/200.html