for循環在Python中是怎麼工作的

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，這些對象可以是列表、元組、字典、集合、文件，甚至可以是自定義類或者函數，例如：

作用於列表

>>> for elem in [1,2,3]:... print(elem)...123

作用於字元串

>>> for c in "abc":... print(c)...abc

作用於字典

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

可能有人不經要問，為什麼這麼多不同類型對象都支持 for 語句，還有哪些類型的對象可以作用在 for 語句中呢？回答這個問題之前，我們先要了解 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為止。那麼，哪些對象支持迭代操作？任何對象都可以嗎？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

錯誤堆棧日誌非常清楚地告訴我們，MyRange 不是一個可迭代對象，所以它不能用於迭代，那麼到底什麼樣的對象才稱得上是可迭代對象(iterable)呢？

可迭代對象需要實現__iter__方法，並返回一個迭代器，什麼是迭代器呢？迭代器只需要實現 __next__方法。現在我們就來驗證一下列表為什麼支持迭代：

>>> 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

從試驗結果來看，列表是一個可迭代對象，因為它實現了 __iter__方法，並且返回了一個迭代器對象（list_iterator），因為它實現了 __next__方法。我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 異常為止。

那麼 for 語句又是如何循環的呢？到這裡，恐怕你也猜到了，它的步驟是：

1. 先判斷對象是否為可迭代對象，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 自己會處理，不會暴露給開發者

對於元組，字典，字元串也是同樣的道理，弄明白了 for 的執行原理之後，我們就可以實現自己的迭代器用在 for 循環中。

前面的 MyRange 報錯是因為它沒有實現迭代器協議裡面的這兩個方法，現在繼續改進：

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，否則會無止境地迭代下去 raise StopIteration()

因為它實現了__next__方法，所以 MyRange 本身已經是一個迭代器了，所以 __iter__返回的就是對象本身 self。現在用在 for 循環中試試：

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

有沒有發現，自定義的 MyRange 功能和內建函數 range很相似。for 循環本質是不斷地調用迭代器的__next__方法，直到有 StopIteration 異常為止，所以任何可迭代對象都可以作用在for循環中。

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