Python迭代器使用教程，新手必看

Python迭代器是按需访问元素的核心机制，通过`iter()`从可迭代对象获取，`next()`逐个取值，直至`StopIteration`异常。可迭代对象需实现`__iter__`方法返回迭代器，迭代器则需实现`__iter__`和`__next__`。`for`循环底层依赖此模式。自定义迭代器需手动管理状态和异常，而生成器函数利用`yield`关键字，更简洁高效，自动保存状态且惰性求值，常用于处理大数据或无限序列。本文将详细讲解Python迭代器的使用方法，包括可迭代对象与迭代器的区别，自定义迭代器的创建，以及生成器函数的优势，助你掌握Python迭代的核心概念，提升代码效率和可读性。

迭代器是Python中按需访问元素的核心机制，通过iter()从可迭代对象获取迭代器，再用next()逐个取值，直至StopIteration异常结束；可迭代对象实现__iter__方法返回迭代器，而迭代器需实现__iter__和__next__方法，for循环底层依赖此模式；自定义迭代器需手动管理状态和StopIteration，而生成器函数使用yield关键字更简洁高效，自动保存状态且惰性求值，更常用于处理大数据或无限序列。

在Python的世界里，迭代器（Iterator）是一个极其核心的概念，它提供了一种按需访问集合元素的方式，而无需一次性将所有数据加载到内存中。简单来说，迭代器就是一种“取值器”，你告诉它“给我下一个”，它就给你下一个元素，直到没有更多元素为止。它的使用非常直接：你通常会先通过内置的iter()函数从一个可迭代对象（Iterable）那里获取一个迭代器，然后使用next()函数来逐个取出元素。这种机制对于处理大量数据或无限序列尤其高效。

解决方案

要使用Python中的迭代器，我们首先需要理解两个核心概念：可迭代对象（Iterable）和迭代器（Iterator）。

一个可迭代对象是任何可以返回一个迭代器的对象。我们平时用for循环遍历的列表（list）、元组（tuple）、字符串（string）、字典（dict）等都是可迭代对象。它们内部实现了__iter__方法，当你调用iter(some_iterable)时，这个方法就会被调用，返回一个迭代器。

迭代器则是实现了__iter__和__next__两个方法的对象。__iter__方法返回迭代器本身，而__next__方法则负责返回序列中的下一个元素。当序列中没有更多元素时，__next__方法会抛出StopIteration异常，这正是for循环知道何时停止迭代的信号。

基本使用步骤：

1. 获取迭代器： 使用内置的iter()函数从一个可迭代对象中获取一个迭代器。

   my_list = [1, 2, 3, 4]
   my_iterator = iter(my_list)
   print(type(my_iterator)) # <class 'list_iterator'>

2. 逐个取值： 使用内置的next()函数从迭代器中获取下一个元素。

   print(next(my_iterator)) # 1
   print(next(my_iterator)) # 2
   print(next(my_iterator)) # 3
   print(next(my_iterator)) # 4

3. 处理结束： 当所有元素都被取出后，再次调用next()会引发StopIteration异常。

   try:
       print(next(my_iterator))
   except StopIteration:
       print("所有元素都已取出。")

for循环的幕后英雄： 实际上，我们日常使用的for循环正是迭代器模式的完美体现。当你写下for item in my_list:时，Python在幕后做了以下几件事：

• 它会调用iter(my_list)来获取一个迭代器。
• 然后在一个循环中反复调用next()来获取每个元素。
• 当next()抛出StopIteration时，for循环就会优雅地结束。

这正是迭代器强大之处，它让遍历逻辑与数据存储结构解耦，使得Python代码既简洁又高效。

Python迭代器与可迭代对象有什么区别？

这个问题常常让初学者感到困惑，但理解它们之间的差异是掌握迭代器模式的关键。在我看来，最直观的区分方式是：可迭代对象是“可以被迭代”的东西，而迭代器是“正在进行迭代”的东西。

从技术层面讲：

• 可迭代对象（Iterable）： 任何实现了__iter__()方法的对象就是可迭代对象。__iter__()方法必须返回一个迭代器。当你有一个列表、元组、字符串等，它们都是可迭代对象。你可以对它们调用iter()函数。

  my_string = "hello" # 这是一个可迭代对象
  print(hasattr(my_string, '__iter__')) # True

• 迭代器（Iterator）： 任何同时实现了__iter__()和__next__()方法的对象就是迭代器。

  • __iter__()方法应该返回迭代器本身（return self）。
  • __next__()方法负责返回序列中的下一个元素，并在没有更多元素时抛出StopIteration异常。 一个迭代器一旦遍历完成（即抛出StopIteration），通常就不能再次使用了，它会保持在“已耗尽”的状态。

一个简单的比喻： 你可以把可迭代对象想象成一本书架，上面摆满了书。书架本身是可迭代的，你可以从上面取书。 而迭代器就像你的手，你伸出手去书架上取书，一次一本。你的手（迭代器）知道下一本书在哪里，直到书架空了（StopIteration）。你取完一本书，你的手就准备好取下一本了。如果你的手已经把所有书都取完了，它就不能再从这个书架上取书了，除非你重新“获取”一只手（一个新的迭代器）。

# 列表是一个可迭代对象
my_list = [1, 2, 3]

# 获取迭代器
list_iterator = iter(my_list)

# 迭代器本身也是可迭代的（因为它实现了__iter__方法，返回自身）
print(hasattr(list_iterator, '__iter__')) # True
print(hasattr(list_iterator, '__next__')) # True

# 列表虽然是可迭代的，但它不是迭代器
print(hasattr(my_list, '__next__')) # False

理解这个区别非常重要，它能帮助我们更清晰地认识for循环的工作机制，以及如何设计自己的数据结构以支持迭代。

如何在Python中创建自定义迭代器？

创建自定义迭代器是Python中一项非常强大的技能，它允许你为自己的类或数据结构定义迭代行为。这在处理一些特殊序列、无限序列或者需要按特定逻辑生成数据的场景下尤其有用。

要创建一个自定义迭代器，你需要定义一个类，并在这个类中实现两个特殊方法：__iter__()和__next__()。

1. __iter__(self)： 这个方法应该返回迭代器对象本身。对于一个迭代器类来说，这意味着它通常会return self。
2. __next__(self)： 这个方法是迭代器的核心。它负责计算并返回序列中的下一个元素。当序列中没有更多元素可供返回时，它必须抛出StopIteration异常，以此通知调用者（比如for循环）迭代已经结束。

让我们通过一个例子来创建一个自定义的迭代器，它能生成一个指定范围内的偶数：

class EvenNumbers:
    """
    一个生成指定范围内偶数的自定义迭代器。
    """
    def __init__(self, start, end):
        self.start = start
        self.end = end
        # 确保起始值是偶数，如果不是，则从下一个偶数开始
        if self.start % 2 != 0:
            self.current = self.start + 1
        else:
            self.current = self.start

    def __iter__(self):
        # 迭代器应该返回自身
        return self

    def __next__(self):
        if self.current <= self.end:
            even_number = self.current
            self.current += 2 # 移动到下一个偶数
            return even_number
        else:
            # 达到范围末尾，抛出StopIteration
            raise StopIteration

# 使用我们自定义的迭代器
print("使用自定义EvenNumbers迭代器:")
for num in EvenNumbers(1, 10):
    print(num)

print("\n手动使用迭代器:")
evens = EvenNumbers(5, 15)
print(next(evens)) # 6
print(next(evens)) # 8
print(next(evens)) # 10
print(next(evens)) # 12
print(next(evens)) # 14
try:
    print(next(evens)) # 尝试获取下一个，会抛出StopIteration
except StopIteration:
    print("没有更多的偶数了。")

# 再次尝试迭代同一个实例，会发现它已经耗尽了
print("\n再次迭代已耗尽的迭代器:")
for num in evens:
    print(num) # 什么也不会打印，因为evens已经遍历完了

在这个EvenNumbers类中，__init__方法初始化了迭代的起始状态。__iter__方法简单地返回了self，表明这个类的实例本身就是一个迭代器。__next__方法是核心逻辑所在：它检查当前值是否还在指定范围内，如果是，就返回当前偶数并更新到下一个偶数；如果超出了范围，就抛出StopIteration。

创建自定义迭代器虽然功能强大，但有时会感觉有点样板代码（boilerplate）。我们需要手动管理状态（self.current）、处理边界条件和抛出StopIteration。这也是为什么Python提供了生成器（Generator）这种更简洁的方式来创建迭代器。

Python生成器（Generator）与迭代器有何关联，为何更常用？

谈到迭代器，就不能不提生成器。在我个人的开发经验中，生成器简直是Python提供的一大利器，它以一种极其优雅且简洁的方式，让我们能够创建出迭代器，而无需手动编写完整的迭代器类。可以说，所有的生成器都是迭代器，但不是所有的迭代器都是生成器。 生成器是迭代器的一种特殊实现形式。

生成器的核心在于yield关键字。 当一个函数中包含yield语句时，它就不再是一个普通的函数，而变成了一个生成器函数。调用这个生成器函数并不会立即执行函数体，而是会返回一个生成器对象（这个对象就是一个迭代器）。

每当next()函数被调用在生成器对象上时，生成器函数会从上次yield暂停的地方继续执行，直到遇到下一个yield语句，然后返回yield后面的值，并再次暂停。当函数执行完毕，或者遇到return语句（不带返回值），生成器会自动抛出StopIteration异常。

为什么生成器更常用？

1. 语法简洁性： 这是最显而易见的好处。对比上面我们自定义的EvenNumbers类，使用生成器实现同样的功能会简洁得多。你不需要定义一个类，不需要手动管理self.current，也不需要显式地抛出StopIteration。

   def generate_even_numbers(start, end):
       """
       一个生成指定范围内偶数的生成器函数。
       """
       current = start
       if current % 2 != 0:
           current += 1 # 确保从偶数开始
   
       while current <= end:
           yield current
           current += 2
   
   print("\n使用生成器生成偶数:")
   for num in generate_even_numbers(1, 10):
       print(num)
   
   # 生成器对象也是一个迭代器
   gen_evens = generate_even_numbers(5, 15)
   print(next(gen_evens)) # 6
   print(next(gen_evens)) # 8
   # ...

   这段代码明显比类实现的迭代器更短、更易读。

2. 状态管理自动化： 生成器函数会自动保存其局部变量的状态。每次yield暂停时，函数的所有局部变量都会被冻结，直到下一次next()调用时恢复。这大大简化了复杂迭代逻辑的状态管理。

3. 内存效率： 生成器是“惰性”的。它们不会一次性生成所有数据并存储在内存中，而是在每次请求时才生成下一个值。这对于处理大型数据集、无限序列或数据流时，是至关重要的优势。例如，读取一个巨大的文件，一行一行地处理，而不是一次性加载整个文件内容。

4. 易于理解和调试： 生成器函数的行为更接近普通函数，其流程更容易追踪和理解，这对于调试也很有帮助。

尽管自定义迭代器类在某些复杂场景（比如需要维护更复杂的状态或提供更多方法时）仍然有其价值，但在大多数需要简单迭代行为的场景下，生成器无疑是更优的选择。它们让Python代码更加Pythonic——简洁、高效、富有表现力。

终于介绍完啦！小伙伴们，这篇关于《Python迭代器使用教程，新手必看》的介绍应该让你收获多多了吧！欢迎大家收藏或分享给更多需要学习的朋友吧~golang学习网公众号也会发布文章相关知识，快来关注吧！