Python 简明教程

Python - Iterators

Python Iterators

Python 中的迭代器是一个对象，允许一次遍历一个元素，例如列表或元组等集合。它通过使用 iter() 和 next() 两个方法的实现来遵循迭代器协议。

iter() 方法返回迭代器对象本身， next() 方法通过在没有更多可用元素时引发 StopIteration 异常来返回序列中的下一个元素。

迭代器提供了一种在数据上进行迭代的内存高效方式，对大型数据集尤其有用。可以使用 iter() 函数从可迭代对象创建它们，或者使用自定义类和生成器实现它们。

Iterables vs Iterators

在深入研究迭代表现之前，我们应该知道可迭代对象和迭代器之间的区别。

  1. Iterable: 能够一次返回其成员的对象（例如，列表，元组）。

  2. Iterator: 表示数据流的对象，一次返回一个元素。

我们通常使用 for 循环来遍历可迭代对象，如下所示 −

for element in sequence:
   print (element)

Python 内置方法 iter() 实现 iter() 方法。它接收一个可迭代对象并返回迭代器对象。

Example of Python Iterator

以下代码从列表、字符串和元组等序列类型中获取迭代器对象。 iter() 函数还从字典中返回 keyiterator。

print (iter("aa"))
print (iter([1,2,3]))
print (iter((1,2,3)))
print (iter({}))

它将生成以下 output −

<str_iterator object at 0x7fd0416b42e0>
<list_iterator object at 0x7fd0416b42e0>
<tuple_iterator object at 0x7fd0416b42e0>
<dict_keyiterator object at 0x7fd041707560>

但是，int id 不可迭代，因此会产生 TypeError。

iterator = iter(100)
print (iterator)

它将生成以下 output −

Traceback (most recent call last):
   File "C:\Users\user\example.py", line 5, in <module>
      print (iter(100))
            ^^^^^^^^^
TypeError: 'int' object is not iterable

Error Handling in Iterators

迭代器对象有一个名为 next() 的方法。每次调用它时，它都会返回迭代器流中的下一个元素。对 next() 函数的调用等同于调用迭代器对象的 next () 方法。

此方法在没有更多要返回的项时引发 StopIteration 异常。

Example

以下是我们创建的迭代器对象仅具有 3 个元素，我们对其进行超过三次迭代的示例 −

it = iter([1,2,3])
print (next(it))
print (it.__next__())
print (it.__next__())
print (next(it))

它将生成以下 output −

1
2
3
Traceback (most recent call last):
   File "C:\Users\user\example.py", line 5, in <module>
      print (next(it))
            ^^^^^^^^
StopIteration

此异常可以在使用 try 和 except 块消耗迭代器的代码中捕获，尽管更常见的是借助如 for 循环等隐式处理它，该循环在内部管理 StopIteration 异常。

it = iter([1,2,3, 4, 5])
print (next(it))
while True:
   try:
      no = next(it)
      print (no)
   except StopIteration:
      break

它将生成以下 output −

1
2
3
4
5

Custom Iterator

Python 中的自定义迭代器是一个用户定义的类，它实现了迭代器协议，其中包含两个方法 iter() 和 next() 。这使得该类可以像迭代器那样工作，从而一次遍历它的元素。

要在 Python 中定义自定义迭代器类，该类必须定义这些方法。

Example

在以下示例中，Oddnumbers 是一个实现了 iter () 和 next () 方法的类。对 next () 的每一次调用都会将数字增加 2，从而在 1 到 10 的范围内流式传输奇数。

class Oddnumbers:

   def __init__(self, end_range):
      self.start = -1
      self.end = end_range

   def __iter__(self):
      return self

   def __next__(self):
      if self.start < self.end-1:
         self.start += 2
         return self.start
      else:
         raise StopIteration

countiter = Oddnumbers(10)
while True:
   try:
      no = next(countiter)
      print (no)
   except StopIteration:
      break

它将生成以下 output −

1
3
5
7
9

Example

让我们创建另一个迭代器，通过以下代码生成前 n 个斐波那契数：

class Fibonacci:
   def __init__(self, max_count):
      self.max_count = max_count
      self.count = 0
      self.a, self.b = 0, 1

   def __iter__(self):
      return self

   def __next__(self):
      if self.count >= self.max_count:
         raise StopIteration

      fib_value = self.a
      self.a, self.b = self.b, self.a + self.b
      self.count += 1
      return fib_value

# Using the Fibonacci iterator
fib_iterator = Fibonacci(10)

for number in fib_iterator:
   print(number)

它将生成以下 output −

0
1
1
2
3
5
8
13
21
34

Asynchronous Iterator

Python 中的异步迭代器允许我们迭代异步序列，从而可以在循环中处理异步操作。

它们遵循异步迭代器协议，其中包含方法 aiter() 和 anext() （从 Python 3.10 版本开始添加）。这些方法与 async for 循环结合使用，对异步数据源进行迭代。

aiter() 函数返回一个异步迭代器对象。它是经典迭代器的异步对应方。任何异步迭代器都必须支持 *_aiter() * 和 anext() 方法。这些方法由两个内置函数在内部调用。

与经典迭代器一样，异步迭代器提供了一个对象流。当流用尽时，会引发 StopAsyncIteration 异常。

Example

在下例中，声明了一个异步迭代器类 Oddnumbers。它实现了 aiter () 和 anext () 方法。在每次迭代中，都会返回下一个奇数，并且程序等待一秒钟，以便它可以异步地执行任何其他进程。

import asyncio

class Oddnumbers():
   def __init__(self):
      self.start = -1

   def __aiter__(self):
      return self

   async def __anext__(self):
      if self.start >= 9:
         raise StopAsyncIteration
      self.start += 2
      await asyncio.sleep(1)
      return self.start

async def main():
   it = Oddnumbers()
   while True:
      try:
         awaitable = anext(it)
         result = await awaitable
         print(result)
      except StopAsyncIteration:
         break

asyncio.run(main())

Output

它将生成以下 output −

1
3
5
7
9