Python 迭代過程淺析
mywang88
2019-07-17
簡介
本文嘗試淺析 Python 的迭代上下文的內部過程。
Python 版本爲 3.7 。
示例
迭代上下文
Python 中最常見的迭代上下文是 for 循環語句：
for i in a:
print(i)
如果這段代碼能夠正常執行，我們就說對象 a 是可迭代的，即 Iterable 。
更爲嚴格的說法是，（（變量 a 所引用的對象）所屬於的類）的實例對象是可迭代的，括號用來幫助斷句。
簡化的內部過程
爲了更好地理解迭代過程，參考下列代碼：
b = iter(a)
while True:
try:
i = next(b)
print(i)
except StopIteration:
break
主要步驟：
- 將
a傳遞給內置函數iter，得到返回值b。 - 迭代開始。
- 將
b傳遞給內置函數next，得到返回值，賦值給循環變量i。 - 執行循環體語句，此處爲
print(i)。 - 重複步驟2 3，直到
next函數拋出StopIteration異常。 - 迭代結束。
內置函數 iter 會調用 a 的 __iter__ 方法，內置函數 next 會調用 b 的 __next__ 方法。
不難發現，對象 a 的 __iter__ 方法，以及對象 b 的 __next__ 方法是一個對象可以被用來迭代的關鍵，而迭代過程的具體邏輯也由這兩個方法定義。
需要補充的是，在 2.2 之後的 Python 版本中，應用了“新式類”的概念。在內置運算的上下文中，對一個對象的內置屬性的引用，會跳過該對象本身的命名空間，直接在對象所屬於的類（繼承樹）中進行查找。
構造可迭代對象
依據上一節的描述，我們可以自己構造一個可迭代對象：
class B:
def __next__(self):
return 'Still me'
class A:
def __iter__(self):
return B()
a = A()
for i in a:
print(i)
運行代碼將不斷打印 Still me 。
更簡化的形式：
class B:
__next__ = lambda self: 'Still me'
class A:
__iter__ = B
我們只需要滿足 __iter__ 與 __next__ 引用的對象是可調用的即可。
如果一個對象的 __iter__ 方法返回其本身，且定義了 __next__ 方法，那麼它是一個“迭代器”對象。篇幅所限，本文只給出一個極簡的示例：
class A:
__iter__ = lambda self: self
__next__ = lambda self: 'Still me'
本文中頻繁使用 lambda 語句，是爲了縮短篇幅，同時強調“可調用”這個概念。
更嚴格的內部過程
作爲補充，給出以下示例：
b = a.__class__.__iter__(a)
while True:
try:
i = b.__class__.__next__(b)
print(i)
except StopIteration:
break
當對象 a 被用來迭代時，Python 內部並不會以 a.__iter__ 的形式來引用對象 __iter__ 屬性，而是調用內置函數 iter(a) 。
這樣一來，無論對象 a 本身是否有定義 __iter__ 屬性，Python 都會直接跳過它，去引用它所屬於的類的 __iter__ 屬性。如果 a 所屬於的類沒有定義 __iter__ 屬性，Python 繼續向上搜索類繼承樹，直到成功或失敗。實際上，這正式 Python 的“新式類”的引用策略。
同理，對於 __next__ 屬性，Python 執行相同的處理過程。
爲了更好幫助理解，筆者畫了一張示意圖：
最後，需要補充的是，當 Python 無法 __iter__ 與 __next__ 的機制來進行迭代的時候，會檢查備選的 __getitem__ 方案，這不在本文的討論範圍內。